基于物理与时空约束的运动样式的研究与实现

摘要

基于物理的人体动画可以产生真实感高的运动，因而是当前研究的热点问题。运动样式的提出则解决了基于物理的人体运动在约束条件较少和能量较低的情况下表现出的结果单调和不真实的缺点。从基于物理建模的角度，通过将运动样式确切的定义在对人体建模后的物理参数上来表述这个问题，并通过求解样式参数最后求解生成最后的运动序列。
　　 基于物理的人体运动的生成的基础是物理建模，如何采用合理的模型表示人体是这类方法研究的重点。生理解剖学的研究使得基于物理的模型可以更加准确的表述人体模型。通过采取双弹簧结构的模型来模拟人体关节结构可以更好的符合生理上的试验数据。然后利用拉格朗日方程计算整个模型，并利用最小能耗原则最后求解得到动画序列。
　　 将样式运用到基于物理的人体模型也是当前研究的一个难点问题，主要表现在运动样式是一个抽象的概念，将样式与肢体系数绑定可以解决样式的表示问题，通过时空约束的方法得到目标方程和约束方程，求解系数得到初始值。再利用拉格朗日函数进行优化得到样式参数数据，可以生成较为真实的动画序列。
　　 同时，针对现有的动画插值曲线没有针对基于物理的运动生成方法而设计从而不能更好的表现出动画序列的弱点，使用新的速度插值曲线，通过结合速度与位置的空间关系确定最后的动画。
　　 实验结果表明，基于物理的运动样式的生成方法可以生成具有一定真实感的人体运动序列。