運(yùn)作編排的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、動(dòng)作數(shù)據(jù)是進(jìn)行三維角色動(dòng)畫制作的重要元素，通過動(dòng)作捕捉設(shè)備獲得的人體動(dòng)作數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)的關(guān)鍵幀技術(shù)生成的角色動(dòng)作具有更好的視覺真實(shí)性。目前，人體動(dòng)作捕獲數(shù)據(jù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電影的三維特效制作、計(jì)算機(jī)游戲的角色行為控制和體育運(yùn)動(dòng)模擬仿真等多個(gè)領(lǐng)域。隨著人體動(dòng)作捕獲數(shù)據(jù)應(yīng)用的深入，使用動(dòng)作捕獲設(shè)備直接進(jìn)行人體動(dòng)作采集的方法所產(chǎn)生的問題也日漸明顯，主要體現(xiàn)在動(dòng)作捕捉設(shè)備價(jià)格高昂，動(dòng)作捕捉的過程耗時(shí)耗力，動(dòng)作數(shù)據(jù)由于存在噪聲和缺陷需要進(jìn)一步進(jìn)行人工

2、的修復(fù)處理。因此，整個(gè)動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)獲取的成本高昂，造成動(dòng)漫游戲企業(yè)應(yīng)用動(dòng)作捕捉技術(shù)難度增大；另外，由于動(dòng)作捕捉技術(shù)的廣泛使用，大量已經(jīng)被捕獲的人體動(dòng)作數(shù)據(jù)由于得不到有效地利用而造成資源閑置。
　　 針對(duì)這些問題，本文的工作探索了使用離線和在線兩種方式對(duì)動(dòng)作數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的角色動(dòng)畫進(jìn)行編排的關(guān)鍵技術(shù)。在離線動(dòng)作編排方面，通過引入直觀的人體動(dòng)作描述方法，幫助動(dòng)畫師提高三維角色動(dòng)畫中的動(dòng)作創(chuàng)作和編排的效率；為了實(shí)現(xiàn)在線的動(dòng)作數(shù)據(jù)編排，通過將

3、動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)應(yīng)用到實(shí)時(shí)虛擬動(dòng)畫角色控制，使游戲玩家可以通過直觀的交互方式控制動(dòng)畫場景中的虛擬化身。為此，本文提出了基于動(dòng)作記譜語言的動(dòng)作生成技術(shù)、基于手繪草圖的動(dòng)作創(chuàng)作和編排技術(shù)、動(dòng)作數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)畫角色實(shí)時(shí)控制技術(shù)，以及基于無線運(yùn)動(dòng)傳感的全身體感交互技術(shù)。
　　 使用數(shù)值方式描述的人體動(dòng)作數(shù)據(jù)形式復(fù)雜而且信息量大，造成動(dòng)畫師對(duì)動(dòng)作數(shù)據(jù)的表達(dá)和檢索非常困難，而使用圖形化的動(dòng)作記譜語言來描述人體動(dòng)作數(shù)據(jù)能夠方便用戶指定檢索條件和加快

4、匹配速度。文本提出的方法通過將數(shù)據(jù)庫中的動(dòng)作片段使用拉班動(dòng)作記譜語言構(gòu)建索引，用戶只需要將查詢的動(dòng)作以拉班動(dòng)作記譜語言描述出來，系統(tǒng)將快速檢索出與之最匹配的人體動(dòng)作數(shù)據(jù)片段，然后進(jìn)行高效的編排與合成。
　　 使用草圖描述人體的運(yùn)動(dòng)信息是非常直觀的一種表現(xiàn)方法，使用本文提出的方法，用戶只需要將查詢動(dòng)作的起始姿勢和終結(jié)姿勢通過手繪草圖的形式進(jìn)行描述，結(jié)合用戶輸入的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的軌跡曲線，系統(tǒng)就可以從已有的動(dòng)作數(shù)據(jù)庫中將最佳匹配的動(dòng)作片段

5、返回給用戶，然后根據(jù)二維草圖和候選動(dòng)作之間的差異對(duì)檢索出來的三維動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整，最后用戶還可以通過修改草圖來對(duì)相應(yīng)的動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代的編排。
　　 實(shí)時(shí)交互是人體動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)重用的重要方面，三維動(dòng)畫中的虛擬角色需要根據(jù)用戶的輸入實(shí)時(shí)地生成動(dòng)作數(shù)據(jù)。本文提出了一種結(jié)合快速動(dòng)作檢索和動(dòng)作改編的方法，利用聚類算法在小容量動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)庫中構(gòu)建層次化的索引，然后利用典型幀匹配和擊打點(diǎn)軌跡包圍盒過濾的方法，快速提取出符合用

6、戶指令的候選動(dòng)作，然后再根據(jù)角色骨架約束和擊打點(diǎn)位置對(duì)動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)進(jìn)行重定向和改編。
　　 為了讓游戲玩家能夠使用全身動(dòng)作進(jìn)行直觀的虛擬交互，本文提出一種通過佩戴在用戶身體上的無線運(yùn)動(dòng)傳感器進(jìn)行虛擬動(dòng)畫角色控制的方法。在用戶身體的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部位綁定多個(gè)由加速度和磁通傳感器構(gòu)成的無線慣性傳感器單元，傳感器通過無線信號(hào)發(fā)送運(yùn)動(dòng)傳感數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)端，應(yīng)用優(yōu)化算法計(jì)算慣性傳感單元的三維朝向信息，最后將四元數(shù)與動(dòng)畫角色的骨骼綁定后生成人體動(dòng)作