基于位置动力学的骨骼动画蒙皮技术研究

摘要

骨骼动画技术在游戏、动画和电影中的应用十分广泛，骨骼动画的出现减轻了动画工作者的负担，提高了动画的制作效率。当前主流的骨骼动画蒙皮算法为线性混合蒙皮算法和对偶四元数蒙皮算法，然而这些算法在视觉效果上仍有很多缺陷，如线性混合蒙皮算法会导致皮肤塌陷和“糖纸”效应，对偶四元数蒙皮算法会在关节处产生皮肤肿胀，对视觉效果造成影响，这些都需要后期的人工修复，修复过程费时费力。因此，如何构建高效且蒙皮效果好的方法是骨骼动画中亟待解决的问题。 本文在分析了常用骨骼动画蒙皮方法的基础上，研究了基于位置动力学的骨骼动画蒙皮方法，该方法具有稳定、快速、易于控制的特点。本文将位置动力学方法与能量约束方法相结合，对线性混合蒙皮算法进行优化，以达到更好的蒙皮效果。主要做了以下几个方面的工作： （1）针对模型网格文件不含体积信息的问题，在蒙皮之前对模型进行Delaunay四面体剖分，把模型分成更小的单元且使其具有体积信息，可以用于实施基于位置动力学的体积约束以及能量约束。 （2）针对线性混合蒙皮算法会使角色模型产生皮肤塌陷和“糖纸”效应的问题，使用位置动力学方法对模型施加拉伸约束和体积约束，使模型顶点的位置得到修复，从而减小在角色形变过程中的皮肤损失问题，呈现出更好的视觉效果。 （3）针对位置动力学方法收敛速度较慢的问题，提出基于位置的能量约束方法来进行优化，提高位置动力学方法的收敛速度，从而提高系统整体的蒙皮速度。 实验结果表明，本文提出的方法可以改善线性混合蒙皮算法的蒙皮效果，解决体积损失的问题，同时，本文所提出的方法具有较高的蒙皮效率。

目录

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第一章 绪论

1.1. 研究目的与意义

1.2. 国内外研究现状

1.3. 论文主要研究内容与章节安排

第二章 Delaunay四面体剖分

2.1. 点集的三角剖分

2.2. 四面体剖分

2.3. Delaunay四面体剖分结果

2.4. 本章小结

第三章 基于位置动力学方法的蒙皮优化

3.1. 基于线性混合算法的蒙皮

3.2. 位置动力学方法研究

3.3. 基于位置动力学方法蒙皮优化结果

3.4. 本章小结

第四章 基于能量约束的蒙皮优化

4.1. 基于位置的能量约束

4.2. 弹性势能计算

4.3. 实施能量约束

4.4. 实验结果

4.5. 本章小结

第五章 结论与展望

5.1. 结论

5.2. 展望

参考文献

致谢

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