基于Kinect的虛擬人物動(dòng)作仿真研究.pdf

1、傳統(tǒng)的虛擬人物動(dòng)作仿真通常采用三種方法：手工驅(qū)動(dòng)、模型驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。然而這三種方法隨著人們對(duì)仿真實(shí)時(shí)性、動(dòng)畫(huà)質(zhì)量、動(dòng)作復(fù)雜度、低成本等要求的提高，逐漸顯現(xiàn)出各自的不足，具體而言：手工方法由于需要專(zhuān)業(yè)動(dòng)畫(huà)師通過(guò)手動(dòng)設(shè)置關(guān)鍵幀，再進(jìn)行差值的方法來(lái)制作仿真動(dòng)畫(huà)，因此效率較低，動(dòng)作真實(shí)性完全依賴動(dòng)畫(huà)師的制作經(jīng)驗(yàn)；模型驅(qū)動(dòng)方法需要通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)抽象表示人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程，該方法雖然相比手工驅(qū)動(dòng)能方便的實(shí)現(xiàn)人物動(dòng)作仿真，但計(jì)算量較大通常無(wú)法將真實(shí)人體運(yùn)

2、動(dòng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)作用于虛擬模型；數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，目前該方式是通過(guò)機(jī)械、電磁、聲學(xué)或光學(xué)等方法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)捕獲，再用運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)虛擬模型。該方法雖然能得到高質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，但運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)捕捉時(shí)人體所攜帶的外部傳感器設(shè)備會(huì)對(duì)人體的運(yùn)動(dòng)造成不便，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)失真。最關(guān)鍵的是目前該方法所使用的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備成本偏高，難以推廣和廣泛應(yīng)用。
　　因此，基于Kinect的虛擬人物動(dòng)作仿真研究具有非常重要的實(shí)際意義。Kinect是微軟為Xbox360主機(jī)而推出的一款體

3、感外設(shè)，它不同于傳統(tǒng)的攝像頭，不僅具有普通攝像頭的彩色圖像獲取功能，更重要的是它可以通過(guò)攝像頭正前方兩個(gè)紅外收發(fā)器快速、廉價(jià)的獲取三維場(chǎng)景的深度數(shù)據(jù)。再通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別等方法，從深度數(shù)據(jù)中提取出人物骨骼模型及關(guān)節(jié)點(diǎn)的空間位置和方向。并對(duì)提取出的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行基于單幀的實(shí)時(shí)處理之后，作用于虛擬角色模型，完成人物動(dòng)作仿真。
　　目前國(guó)內(nèi)外基于Kinect的人物動(dòng)作仿真還處于研究階段，更多的是將它用于游戲開(kāi)發(fā)以及三維重建等領(lǐng)域。本文

4、在已有的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套基于Kinect虛擬人物動(dòng)作仿真方案，在該方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的工作：
　　1、研究分析了傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備和技術(shù)，以及它們?cè)谔摂M動(dòng)作仿真應(yīng)用方面顯現(xiàn)出的不足。詳細(xì)分析和研究了Kinect平臺(tái)的工作原理及關(guān)鍵技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于Kinect的虛擬人物動(dòng)作仿真方案；
　　2、由于在人物動(dòng)作仿真、虛擬裝配以及三維重建等技術(shù)中對(duì)數(shù)據(jù)精度要求較高，因此，本文中采用張正有標(biāo)

5、定法對(duì)Kinect的彩色攝像頭和深度攝像頭分別進(jìn)行標(biāo)定，以獲得更好的仿真效果；
　　3、針對(duì)Kinect獲得的骨骼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)中由于噪聲所造成的抖動(dòng)和跳躍等運(yùn)動(dòng)失真，本文中采用霍爾特指數(shù)平滑方法對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。之后采用一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)的密集重復(fù)性的重定向技術(shù)將預(yù)處理后的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)作用于角色模型實(shí)現(xiàn)虛擬人物動(dòng)作仿真；
　　4、在完成角色模型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)角色模型與場(chǎng)景的交互，設(shè)計(jì)了幾種常用人物動(dòng)作指令，使得操作者可以