運作編排的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、動作數(shù)據(jù)是進行三維角色動畫制作的重要元素，通過動作捕捉設(shè)備獲得的人體動作數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)的關(guān)鍵幀技術(shù)生成的角色動作具有更好的視覺真實性。目前，人體動作捕獲數(shù)據(jù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電影的三維特效制作、計算機游戲的角色行為控制和體育運動模擬仿真等多個領(lǐng)域。隨著人體動作捕獲數(shù)據(jù)應(yīng)用的深入，使用動作捕獲設(shè)備直接進行人體動作采集的方法所產(chǎn)生的問題也日漸明顯，主要體現(xiàn)在動作捕捉設(shè)備價格高昂，動作捕捉的過程耗時耗力，動作數(shù)據(jù)由于存在噪聲和缺陷需要進一步進行人工

2、的修復(fù)處理。因此，整個動作捕捉數(shù)據(jù)獲取的成本高昂，造成動漫游戲企業(yè)應(yīng)用動作捕捉技術(shù)難度增大；另外，由于動作捕捉技術(shù)的廣泛使用，大量已經(jīng)被捕獲的人體動作數(shù)據(jù)由于得不到有效地利用而造成資源閑置。
　　 針對這些問題，本文的工作探索了使用離線和在線兩種方式對動作數(shù)據(jù)驅(qū)動的角色動畫進行編排的關(guān)鍵技術(shù)。在離線動作編排方面，通過引入直觀的人體動作描述方法，幫助動畫師提高三維角色動畫中的動作創(chuàng)作和編排的效率；為了實現(xiàn)在線的動作數(shù)據(jù)編排，通過將

3、動作捕捉數(shù)據(jù)應(yīng)用到實時虛擬動畫角色控制，使游戲玩家可以通過直觀的交互方式控制動畫場景中的虛擬化身。為此，本文提出了基于動作記譜語言的動作生成技術(shù)、基于手繪草圖的動作創(chuàng)作和編排技術(shù)、動作數(shù)據(jù)驅(qū)動的動畫角色實時控制技術(shù)，以及基于無線運動傳感的全身體感交互技術(shù)。
　　 使用數(shù)值方式描述的人體動作數(shù)據(jù)形式復(fù)雜而且信息量大，造成動畫師對動作數(shù)據(jù)的表達和檢索非常困難，而使用圖形化的動作記譜語言來描述人體動作數(shù)據(jù)能夠方便用戶指定檢索條件和加快

4、匹配速度。文本提出的方法通過將數(shù)據(jù)庫中的動作片段使用拉班動作記譜語言構(gòu)建索引，用戶只需要將查詢的動作以拉班動作記譜語言描述出來，系統(tǒng)將快速檢索出與之最匹配的人體動作數(shù)據(jù)片段，然后進行高效的編排與合成。
　　 使用草圖描述人體的運動信息是非常直觀的一種表現(xiàn)方法，使用本文提出的方法，用戶只需要將查詢動作的起始姿勢和終結(jié)姿勢通過手繪草圖的形式進行描述，結(jié)合用戶輸入的運動關(guān)節(jié)的軌跡曲線，系統(tǒng)就可以從已有的動作數(shù)據(jù)庫中將最佳匹配的動作片段

5、返回給用戶，然后根據(jù)二維草圖和候選動作之間的差異對檢索出來的三維動作捕捉數(shù)據(jù)進行進一步的優(yōu)化調(diào)整，最后用戶還可以通過修改草圖來對相應(yīng)的動作數(shù)據(jù)進行迭代的編排。
　　 實時交互是人體動作捕捉數(shù)據(jù)重用的重要方面，三維動畫中的虛擬角色需要根據(jù)用戶的輸入實時地生成動作數(shù)據(jù)。本文提出了一種結(jié)合快速動作檢索和動作改編的方法，利用聚類算法在小容量動作捕捉數(shù)據(jù)庫中構(gòu)建層次化的索引，然后利用典型幀匹配和擊打點軌跡包圍盒過濾的方法，快速提取出符合用

6、戶指令的候選動作，然后再根據(jù)角色骨架約束和擊打點位置對動作捕捉數(shù)據(jù)進行重定向和改編。
　　 為了讓游戲玩家能夠使用全身動作進行直觀的虛擬交互，本文提出一種通過佩戴在用戶身體上的無線運動傳感器進行虛擬動畫角色控制的方法。在用戶身體的各個運動部位綁定多個由加速度和磁通傳感器構(gòu)成的無線慣性傳感器單元，傳感器通過無線信號發(fā)送運動傳感數(shù)據(jù)到計算機端，應(yīng)用優(yōu)化算法計算慣性傳感單元的三維朝向信息，最后將四元數(shù)與動畫角色的骨骼綁定后生成人體動作