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基于运动捕获数据的自由曲面变形与重定向技术研究

作　者: 叶大海
导　师: 庄越挺
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 计算机图形学计算机动画运动捕获角色动画骨骼驱动曲面变形曲面位移图高真实感骨粒串
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 210次
引　用: 3次
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内容摘要

利用计算机进行动画创作一直是图形学领域的一个研究热点，二十世纪九十年代以来，随着运动捕获技术的兴起，计算机动画技术得到了长足的发展，被广泛地应用于影视、游戏、教育和国防等领域，计算机动画现在已经发展成为一个具有数百亿美元年产值的行业。随着高精度三维扫描仪的广泛应用，人们对动画角色的真实感提出了更高的要求，如何生成高精度模型，并使之在运动过程中保持高度真实感，就成为计算机动画研究的一个热点问题。本文的研究工作就在于探索基于运动捕获数据的计算机动画技术，开发出具有较高真实感的自由曲面变形算法，并将其应用于人体角色动画，从而生成高真实感的三维角色动画，此外，本文还对运动编辑与运动重定向技术进行深入的探讨。本文首先详细介绍了人体骨架模型和通用的运动描述方法，常见的人体皮肤模型，接着对运动捕获技术的发展状况，运动编辑的主要技术作一个综述，并对三维运动重定向技术进行深入的探讨，分析运动重定向的几种情况及其优缺点。针对主流的骨骼子空间变形算法(SSD)的缺陷，本文进行了分析，提出一种新的骨骼驱动曲面变形技术—“采用曲面位移图的骨骼驱动曲面变形算法”，该算法首先利用传统的SSD算法进行初步曲面变形，然后根据当前姿势及原曲面控制点信息计算曲面位移图，最后合成曲面位移图和初步变形曲面得到最终变形曲面。由于“坍塌”(collapse)和“萎缩”(pinch)是SSD算法固有的缺陷，本文试图从根本上解决这个问题，提出骨粒串主导的自由曲面变形技术，该技术首先重构曲面模型，把虚拟的骨骼实体化，成为可变形的骨粒串，然后将骨骼与曲面相结合，将所有皮肤顶点分别划归到距离最近的相应骨粒上，变形时首先对骨粒串进行变形，计算每一骨粒的新坐标与朝向，然后计算出相应皮肤顶点的新坐标。最后，对全文进行总结分析，并展望了本文研究内容的前景与应用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-12
  1．1 研究动机  7-9
  1．2 研究现状  9
  1．3 本文的工作  9-10
  1．4 本文的组织  10-12
第二章人体模型与运动描述  12-34
  2．1 人体骨架模型和运动描述  12-16
    2．1．1 人体骨架模型  12
    2．1．2 运动描述  12-14
    2．1．3 旋转数据的计算  14-16
  2．2 人体建模  16-34
    2．2．1 基于解剖学的人体建模方式  16-22
    2．2．2 网格模型  22-27
    2．2．3 隐式曲面模型  27-34
第三章运动捕获、编辑与重定向  34-50
  3．1 运动捕获技术简介  34-37
  3．2 运动编辑  37-38
  3．3 三维运动重定向  38-49
    3．3．1 关节类模型之间的重定向  39-42
    3．3．2 人体模型之间的运动对应及运动重定向  42-44
    3．3．3 人体模型到关节类动物模型的运动对应及运动重定向  44-47
    3．3．4 人体模型到非关节类模型的重定向  47-49
  3．4 本章小结  49-50
第四章采用曲面位移图的骨骼驱动曲面变形算法  50-58
  4．1 自由曲面变形技术  50-52
    4．1．1 骨骼子空间变形技术  50-51
    4．1．2 SSD算法的缺陷  51-52
  4．2 骨骼驱动曲面位移图  52-56
    4．2．1 旋转位移图建模  53-55
    4．2．2 扭动位移图建模  55-56
  4．3 实验结果  56-57
  4．4 本章小结  57-58
第五章骨粒串主导的自由曲面变形算法  58-66
  5．1 骨粒串主导的曲面模型  58-60
  5．2 骨粒串变形技术  60-63
    5．2．1 运动分解  60-61
    5．2．2 计算骨粒新坐标  61-63
  5．3 计算皮肤顶点的新坐标  63
  5．4 实验结果  63-64
  5．5 本章小结  64-66
第六章总结与展望  66-68
  6．1 总结  66-67
  6．2 应用前景及展望  67-68
参考文献  68-76
作者在攻读硕士学位期间的科研成果  76-77
致谢  77

基于运动捕获数据的自由曲面变形与重定向技术研究

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