基于運(yùn)動(dòng)圖的運(yùn)動(dòng)合成方法研究.pdf

1、虛擬人運(yùn)動(dòng)合成技術(shù)一直是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)之一,也是數(shù)字文化產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)之一,該技術(shù)在影視動(dòng)漫、三維游戲、安全預(yù)演等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在這些應(yīng)用中不僅要求逼真的運(yùn)動(dòng)效果,而且要求能夠靈活的控制虛擬人運(yùn)動(dòng)。本文針對(duì)這些應(yīng)用需求,深入研究了基于運(yùn)動(dòng)圖的運(yùn)動(dòng)合成方法,從運(yùn)動(dòng)圖的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、運(yùn)動(dòng)圖的構(gòu)建以及運(yùn)動(dòng)圖的應(yīng)用三方面展開(kāi),取得的主要研究成果如下： 一、在運(yùn)動(dòng)圖的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段,提出了一種基于特征的人體運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)

2、據(jù)自動(dòng)分割方法。 對(duì)運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分割是構(gòu)建運(yùn)動(dòng)圖的前提和基礎(chǔ)。對(duì)于分割得到的運(yùn)動(dòng)片斷,一方面,運(yùn)動(dòng)片斷的長(zhǎng)度越短,對(duì)運(yùn)動(dòng)合成的控制越靈活；另-方面,為了方便用戶(hù)控制,運(yùn)動(dòng)片斷中應(yīng)當(dāng)包含明確的語(yǔ)義信息。我們利用運(yùn)動(dòng)中人體足部的相對(duì)關(guān)系提取運(yùn)動(dòng)特征,在此基礎(chǔ)上,采用運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)與運(yùn)動(dòng)模板進(jìn)行匹配的方式,實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)的自動(dòng)分割,避免了繁瑣的手工操作,提高了運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)的分割效率和精度；同時(shí),該方法具有很強(qiáng)的魯棒性,運(yùn)動(dòng)

3、分割的正確率比目前廣泛使用的分割方法[KS05]提高了34.12％。 二、在運(yùn)動(dòng)圖的構(gòu)建階段,提出了一種基于參數(shù)化運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)圖方法。 運(yùn)動(dòng)圖方法是一種有效地組織運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的方法,運(yùn)動(dòng)圖的本質(zhì)是一種由結(jié)點(diǎn)和邊組成的有向圖。目前運(yùn)動(dòng)圖方法中存儲(chǔ)的僅僅是少數(shù)運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù),這種方法使得運(yùn)動(dòng)圖的表示能力有限,用戶(hù)的控制精度不高。為此,我們提出了基于參數(shù)化運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)圖方法,該方法的特點(diǎn)在于：其“結(jié)點(diǎn)”對(duì)應(yīng)的是一個(gè)連續(xù)控制參數(shù)空

4、間,給定一組控制參數(shù),如運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角等,即可精確地合成出對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)片斷,從而有效地提高了運(yùn)動(dòng)圖的表示能力和用戶(hù)的控制精度；其“邊”表示了不同參數(shù)空間之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,通過(guò)運(yùn)動(dòng)融合實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)片斷的平滑過(guò)渡,同時(shí),提出了一種根據(jù)約束計(jì)算根關(guān)節(jié)位置的方法,有效的避免了傳統(tǒng)融合方法中腳步滑動(dòng)和根關(guān)節(jié)朝向抖動(dòng)的產(chǎn)生,提高了運(yùn)動(dòng)的逼真性。 三、面向運(yùn)動(dòng)圖的具體應(yīng)用,提出了一種基于路徑的參數(shù)提取方法。 在上述構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)圖中,控制參

5、數(shù)是運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角等具有明確物理含義的參數(shù)值。然而,用戶(hù)往往需要用直觀(guān)的方式控制虛擬人運(yùn)動(dòng),只給定運(yùn)動(dòng)軌跡,即要求能實(shí)時(shí)合成出一段滿(mǎn)足軌跡要求的連續(xù)的運(yùn)動(dòng)序列。為了提供給用戶(hù)一種靈活的交互方式,需要從直觀(guān)的路徑軌跡中提取出運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角等具體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。本文提出的基于路徑的參數(shù)提取方法,既滿(mǎn)足了運(yùn)動(dòng)合成中實(shí)時(shí)性的要求,又將路徑軌跡和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的屬性緊密結(jié)合起來(lái),使得合成的運(yùn)動(dòng)符合路徑軌跡的要求。試驗(yàn)結(jié)果表明,該方法能夠按照用戶(hù)的軌