复杂三维场景的数据处理及骨骼动画实现

摘要

Tyr是一个三维场景的多屏幕拼接计算机集群实时绘制系统。提供了功能强大的遮挡剔除和场景简化算法，能对大规模复杂的动态场景进行超高分辨率的实时绘制。本文在Tyr系统中解决了数据流的处理问题和实现了人物骨骼动画。 第一部分的工作是为Tyr系统的提供底层的数据流处理服务，这部分工作包括解决场景文件来源、对场景文件的解析和将场景文件中的数据设置成绘制引擎内部的数据。Tyr系统是基于X3D标准的虚拟三维场景浏览器，其场景文件是按照X3D标准定义的。本文通过提供一个3ds Max的导出插件来解决场景文件的来源问题。导出器通过访问3ds Max内存中的数据，将3ds Max的场景转换成X3D标准的场景，然后以不同的编码方式保存为场景文件。解析器读取场景文件并进行解析，在内存中构建X3D标准的场景。为了提高Tyr系统的效率和独立性，其绘制引擎使用自己内部更接近绘制语义的数据，所以需要通过转换器将X3D标准的场景数据转换成绘制引擎内部的数据。 第二部分工作在Tyr系统中实现了蒙皮骨骼人物动画，动画使用关键帧驱动，人物模型数据和动画的关键帧数据均来源于3ds max。本文在该部分解决了人物动画从数据来源到绘制实现的全部问题。一开始先论述了目前主流的两种皮肤构造技术；接着定义了的S-Anim人物动画标准来扩展X3D标准，该标准面向应用容易实现GPU加速；然后介绍蒙皮骨骼人物动画的导出；最后介绍如何扩展绘制引擎TSE，在Tyr系统中实现蒙皮骨骼动画的绘制。 本文的这两部分工作对研系统十分重要。解决数据来源问题，不但是绘制系统首先需要解决问题，而且一个设计精良组织合理的绘制数据，还能大大提高绘制效率。在虚拟现实场景中添加人物动画能让场景更加生动，增强虚拟绘制的真实性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2 Tyr系统

1.2.1系统介绍

1.2.2系统功能

1.2.3系统结构

1.3本文的工作

1.4本章小结

第2章Tyr系统的绘制引擎

2.1概述

2.2数据流

2.2.1原始数据

2.2.2场景数据

2.2.3绘制数据

2.3扩展性

2.4本章小结

第3章场景中的数据转换

3.1 概述

3.2 X3D相关

3.2.1 X3D简介

3.2.2 X3D场景树

3.2.3 Tyr系统对X3D的扩展

3.3导出器

3.3.1 3ds Max简介

3.3.2场景树转换

3.3.3框架

3.3.4内核

3.3.5优化

3.4解析器

3.5转换器

3.5.1绘制数据的优点

3.5.2转换器的工作原理

3.6本章小结

第4章蒙皮骨骼人物动画

4.1概述

4.2人物皮肤构造技术

4.2.1缝合技术

4.2.2蒙皮技术

4.2.3数学理论

4.3 S-Anim标准

4.3.1简介

4.3.2节点定义

4.4人物动画导出

4.4.1骨架结构

4.4.2骨头的影响值

4.4.3动画关键帧

4.5人物动画绘制

4.5.1绘制流程

4.5.2 GPU加速的蒙皮算法

4.6本章小结

第5章总结与展望

5.1数据转换

5.2人物动画

参考文献

致谢

作者简历