学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

虚拟人运动合成技术及其工程应用研究

作　者: 王满军
导　师: 李焱
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 虚拟人运动合成核动态纹理隐马尔科夫模型高斯混合模型聚类运动编辑
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 59次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

基于运动捕获数据的虚拟人运动合成技术,能够使虚拟人的动作效果更加逼真、自然,并且动作制作所需的工作量、工作难度和工作强度大大降低,因此对于“以人为中心”的产品设计开发具有十分重要的意义。本文围绕基于运动捕获数据的虚拟人运动合成技术展开深入研究,主要包括:虚拟人运动基元分割技术、虚拟人运动基元检索技术、虚拟人运动合成与编辑技术,以及初步探讨了基于运动捕获数据的虚拟人运动合成技术在工程中的应用。本文的主要创新点和成果包括:(1)针对人体运动捕获数据的特点,提出了基于核动态纹理的运动捕获数据分割方法。人体运动数据本质上与动态纹理有相似之处,本文将核动态纹理引入到运动捕获数据的分析中,通过对运动捕获数据进行核动态纹理建模,并采用Martin距离作为核动态纹理间的相似性度量准则,首先将含有不同运动类型的捕获数据进行分割,使每个运动片段只含一种运动类型,其次对每一个运动类型继续进行分割,使每个运动片段只含一个周期运动或过渡运动,最后如果每个周期内的运动是对称运动,再细分成对称的两个运动片段,由此实现了对运动数据由粗到细的层次分割算法。实验表明,以人的主观分割为基准,基于核动态纹理的运动分割算法,对周期性人体运动数据的分割可以达到90%左右的准确率,分割结果与人的主观分割具有很高的一致性。(2)在运动检索方面,为了提高检索效率和准确性,提出了基于隐马尔科夫模型(HMM)聚类的运动基元层次检索方法。人体运动数据是具有一定概率分布的时序数据,且分割后的运动基元的长度以及待检索运动片段的长度一般不同,导致难以进行检索。鉴于HMM对时间序列具有较强的建模能力,本文在对运动基元进行HMM建模的基础上,实现了基于HMM的K均值聚类方法,将相似的运动基元聚为一类,用于运动检索,实验表明聚类的准确率可以达到95%以上。在检索阶段,以HMM的观测概率作为待检索片段与运动基元类之间的相似性度量,首先得到与待检索片段运动类型相同的运动基元类,之后在得到的基元类内部,再以HMM的观测概率作为距离度量,最终检索出与待检索片段最相似的运动基元。实验结果验证了该检索算法的有效性。(3)通过在一个虚拟环境中合成出一段虚拟人复杂运动序列的实例,验证了本文提出的一整套虚拟人运动合成相关技术,初步研究了基于运动捕获数据的虚拟人运动合成技术在工程中的应用。为了将捕获的数据应用到新的场景中,本文推导并实现了虚拟人根轨迹的任意编辑方法。在运动合成后期处理方面,本文提出了基于姿态对齐的运动基元平滑过渡处理方法,经过处理,减小了运动基元连接处的动作跳变,使虚拟人的运动过渡更加平滑自然。

全文目录

摘要  9-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-22
  1.1 课题的研究背景及意义  13-15
    1.1.1 运动捕捉技术及其应用  14-15
    1.1.2 运动合成技术的意义  15
  1.2 国内外研究概况  15-19
    1.2.1 运动数据分割  16-17
    1.2.2 运动数据检索  17-18
    1.2.3 运动合成  18-19
  1.3 本文的主要研究工作  19-22
    1.3.1 论文的主要成果  20-21
    1.3.2 论文的组织结构  21-22
第二章运动基元分割方法  22-38
  2.1 运动捕获数据  22-23
  2.2 基于PCA方法的运动捕获数据降维  23-27
    2.2.1 PCA算法基本思想  24-25
    2.2.2 运动捕获数据的PCA降维处理  25-27
  2.3 基于核动态纹理的运动基元分割  27-37
    2.3.1 动态纹理的LDS模型  27-29
    2.3.2 核动态纹理模型  29-31
    2.3.3 人体运动序列的KDT模型  31
    2.3.4 虚拟人运动基元分割  31-34
    2.3.5 实验结果  34-37
  2.4 本章小结  37-38
第三章基于HMM聚类的运动检索方法  38-64
  3.1 运动数据的特性分析  38-39
  3.2 HMM原理  39-44
    3.2.1 HMM定义  39-41
    3.2.2 HMM的应用  41-42
    3.2.3 Forward-Backward算法  42-43
    3.2.4 Baum-Welch算法  43-44
  3.3 运动捕获数据的HMM建模  44-52
    3.3.1 GMM概述  44-47
    3.3.2 GMM拟合运动捕获数据  47-50
    3.3.3 GMM混合数的确定  50-51
    3.3.4 运动捕获数据的HMM训练  51-52
  3.4 基于HMM的运动基元聚类  52-57
    3.4.1 运动基元相似性度量  52-54
    3.4.2 运动基元的HMM聚类算法  54-55
    3.4.3 实验结果  55-57
  3.5 运动基元检索  57-61
    3.5.1 待检索片段的降维处理  57-58
    3.5.2 运动基元检索算法  58-60
    3.5.3 实验结果  60-61
  3.6 运动姿态检索  61-63
  3.7 本章小结  63-64
第四章运动合成应用实例研究  64-81
  4.1 运动路径变换  66-69
  4.2 运动基元的平滑过渡  69-74
    4.2.1 运动姿态对齐  69-71
    4.2.2 关节角平滑过渡  71-72
    4.2.3 根节点平滑过渡  72-74
  4.3 基于关节约束的运动编辑  74-80
  4.4 本章小结  80-81
第五章总结与展望  81-83
  5.1 论文工作总结  81-82
  5.2 进一步研究展望  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-89
作者在学期间取得的学术成果  89

相似论文

基于LAH032.905标准的汽车点火线圈终检系统研究,U472.9
基于细胞电生理模型的膜片钳实验仿真平台设计与实现,R318.0
隐式用户兴趣挖掘的研究与实现,TP311.13
图像分割中阴影去除算法的研究,TP391.41
基于图分割的文本提取方法研究,TP391.41
自动测试系统数字化设计平台研制,TP274
基于网络虚拟社区的企业营销风险预警系统研究,F274
牡丹EST-SSR引物开发及其亲缘关系分析,S685.11
VRGIS在城市设计中的应用,TP311.52
高血压前期证候特征研究,R259
高忠英学术思想与经验总结及运用补肺汤加减治疗呼吸系统常见病用药规律研究,R249.2
K-均值聚类算法的研究与改进,TP311.13
大学生综合素质测评研究,G645.5
处理器TI DSP VC33虚拟核的设计与实现,TP332
大豆品种对腐竹品质的影响及其品质评价体系的初步构建,TS214.2
三维服装虚拟变形及展示技术研究,TS941.26
21个荷花品种遗传多样性的ISSR分析,S682.32
基于聚类分析的P2P流量识别算法的研究,TP393.02
基于混合自适应遗传算法的动态网格调度问题研究,TP393.09
核桃破壳力试验及核桃剥壳机主要部件虚拟样机设计,S226.4
稻麦联合收割机割台数字化设计及仿真研究,S225.3