基于AAPS模型的四足动物足迹约束生成研究

摘要

四足动物是动画角色的重要组成部分，其运动数据的采集一直是该领域的研究难点之一。现有的运动采集方法主要面向人类，但四足动物多数难以驯化，且拥有更为复杂多变的形态，因此传统采集方法仅适用于少量四足动物。四足动物运动数据的稀缺，导致了相关研究的数据来源主要以运动生成为主。不论是几何驱动的生成方法，还是物理驱动的生成方法，都需要足尖运动轨迹作为初始姿态和生成策略的依据，而足尖运动轨迹的生成依赖于四足步态模式。
　　针对以上问题，本文依据动画领域的应用需求，通过结合生物学步态的研究成果，提出了一种基于异步式的步态时序(Asynchronous Anteroposterior Sequence，简称AAPS)模型，并在此基础上实现了一种面向多种环境约束的足迹约束生成方法。用户仅需要输入速度等简单参数，即可快速生成四足动物的足尖运动轨迹，将此轨迹应用于运动生成，可以得到具有真实约束驱动的运动结果。
　　本文工作主要包括以下内容:
　　(1)提出了一种基于异步式的步态模型。通过建立步态、速度之间的关联模型，既可以依据用户自定义的速度信息，通过匹配生物学文献数据，生成不同速度下的步态片段，也可以为从视频中采集的步态片段估算速度。同时，依据模型的异步式特性，能够实现不同步态之间的切换，从而生成四足动物完整运动序列的步态图。
　　(2)为了生成更为丰富的运动行为，提出了一种面向多种环境约束的足迹约束生成方法，针对地形、转向等不同约束对足尖运动轨迹进行实时规划，最终生成适应多种目标环境的足迹约束。
　　(3)搭建了一个面向四足动物的足尖运动生成系统。该系统的输入数据来自于生物学的研究成果以及从视频中采集的数据。最后将足迹约束结果应用于动画仿真平台进行实验分析，对本文提出的理论方法加以验证与讨论。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 数据驱动的运动合成方法

1．2．2 物理驱动的运动生成方法

1．2．3 步态与生物学

1．2．4 步态与机器人学

1．3 研究内容和组织结构

1．3．1 研究内容

1．3．2 组织结构

1．4 课题来源

第二章 数据预处理

2．1 基础定义

2．2 步态参数

2．3 原始数据

2．3．1 生物学文献

2．3．2 视频或图片序列

2．4 本章小节

第三章 基于异步式的步态时序模型

3．1 步态模型的异步性

3．2 “步态-速度"关联模型

3．2．1 速度映射步态

3．2．2 步态映射速度

3．3 步态切换

3．3．1 非直立切换

3．3．2 直立切换

3．4 实验结果与分析

3．5 本章小节

第四章 AAPS驱动的足迹约束生成

4．1 单足模型

4．2 足尖轨迹求解

4．2．1 着地点预测

4．2．2 摆动相的足迹约束

4．3 环境约束的适应性

4．3．1 地形约束

4．3．2 转向约束

4．4 本章小节

第五章 平台搭建和实验结果

5．1 足尖运动平台

5．2 实验结果与分析

5．2．1 步态切换实验

5．2．2 环境约束实验

5．2．3 视频重建实验

5．3 与现有方法的适用性对比

5．4 本章小节

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 论文展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况