基于运动捕获数据的角色动画合成研究

摘要

虚拟人角色动画是计算机动画中具有挑战性的课题之一，通过构建逼真的三维虚拟人几何模型，建立相应的骨架，利用运动捕获数据驱动骨架，骨架带动虚拟人几何模型运动。由于运动捕获数据是真实世界中的获取的人体运动数据，当用运动捕获数据驱动虚拟人皮肤的变形时，即可得到更具真实感角色动画。
　　为解决运动捕获数据量庞大且有大量的数据冗余问题，提出了一种基于帧间距的运动关键帧提取方法，根据各个关节对人体运动姿态的贡献程度不同，为每个关节设置不同的权值系数，两帧间距离被定义为人体所有关节的总变化。第一个关键帧为运动数据的首帧，连续计算当前帧同最后一个关键帧之间的帧间距离，消除帧间距离小于阈值的帧，帧间距超过阈值的帧被当作为新关键帧，原因是超出给定阈值，说明该帧已超出线性变换范围，动作即将发生明显明显变化，该帧作为关键帧被提取出来。最后对提取关键帧集合采用四元数球面插值方法重构，为表现人体运动特征，在重构误差中引入了关节速度分量，用人体姿势误差位置与人体关节运动速率之和来表示原始运动与重建运动序列之间的重构误差。提出运动捕获数据驱动人体皮肤变形动画方法，包括皮肤与骨骼建模、骨骼与皮肤初始匹配，软件中蒙皮绑定权值生成，运动数据驱动皮肤变形以及动画效果检测，实现了运动捕获数据驱动骨架，骨骼带动皮肤变形角色动画。利用MFC和OpenGL建立了虚拟人角色动画界面，本实验界面有数据导入区，图形显示区，动画播放区，实现对人体骨架数据解析，运动数据解析，运动关键帧提取以及运动捕获数据驱动皮肤变形角色动画。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 虚拟人体建模

1．2．2 虚拟人体动画

1．3 研究目标及内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 本文组织结构安排

第2章 虚拟人运动基础

2．1 人体结构模型简化

2．2 运动捕获数据解析

2．3 人体运动的描述

2．3．1 矩阵

2．3．2 四元数

2．4 本章小结

第3章 基于帧间距的运动关键帧提取

3．1 运动关键帧提取

3．2 四元数旋转距离

3．3 运动关键帧提取方法

3．4 运动序列重构

3．5 重构误差度量

3．6 本章小结

第4章 运动捕获数据驱动人体皮肤变形

4．1 运动数据驱动人体皮肤变形动画

4．2 皮肤层与IK建模

4．3 柔性绑定与权值生成

4．4 顶点混合算法

4．5 实验结果

4．6 本章小结

第5章 实验结果与分析

5．1 实验开发环境与工具

5．2 实验总体设计框图

5．3 系统界面及相关模块介绍

5．3．1 实验界面介绍

5．3．2 人体骨架解析模块

5．3．3 运动数据解析模块

5．3．4 运动关键帧提取模块

5．3．5 运动捕获驱动人体皮肤变形模块

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果