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基于关键姿态映射的运动重定向

系统仿真学报 2012年第1期24卷 127-131页

作者：李琳郑利平王玉培刘晓平合肥工业大学计算机与信息学院VCC研究室合肥230009

提出一种基于关键姿态映射的运动重定向方法,实现不同角色之间运动序列的快速映射。首先,对源运动数据降维,在低维空间中做聚类分析,提取关键姿态;其次,参数化运动序列,计算运动权值;最后,自动求解目标角色的关键姿态,结合运动权值重构... 详细信息

提出一种基于关键姿态映射的运动重定向方法,实现不同角色之间运动序列的快速映射。首先,对源运动数据降维,在低维空间中做聚类分析,提取关键姿态;其次,参数化运动序列,计算运动权值;最后,自动求解目标角色的关键姿态,结合运动权值重构目标角色的运动。实验结果表明,该方法较为完整的保留了源运动序列的特征,且重定向得到的运动较为平滑自然。

关键词：角色动画运动重定向关键姿态聚类分析

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运动重定向与运动连接技术的研究

运动重定向与运动连接技术的研究

作者：杨丽娟天津大学

学位级别：硕士

运动捕捉技术能够产生具有很强真实感和较强实时性的动画。然而,该技术也存在一定的局限性:捕获得到的运动数据简单且带有噪声,数据量大且难以控制,只能在特定环境下应用,运动类型比较单一,因此需要对运动数据进行编辑,使其能够适用于... 详细信息

运动捕捉技术能够产生具有很强真实感和较强实时性的动画。然而,该技术也存在一定的局限性:捕获得到的运动数据简单且带有噪声,数据量大且难以控制,只能在特定环境下应用,运动类型比较单一,因此需要对运动数据进行编辑,使其能够适用于新环境。本文采用BVH文件作为原始运动数据来源,研究相同和不同拓扑结构的虚拟角色之间的运动重定向和运动连接。首先,本文研究了运动重定向技术,采用中间模型来解决不同拓扑结构模型之间关节对应的问题。本文的中间模型既有目标模型的骨架,又有源模型的自由度索引和骨骼方向,因此可以取代目标模型,进行原始运动到中间模型的重定向,与以往的算法相比,本文不需进行原始运动数据的转化、中间模型到目标模型运动数据的拷贝和目标模型骨骼方向的调整;同时本文对中间模型的上肢长度进行调整,解决了动物到人重定向时上肢不能着地的问题。在满足约束条件方面,本文提出了基于根结点位置调整的末端效应器调适机制,在每一帧上根据该方法计算约束点的位置,调整根结点高度以保证非末端效应器不穿透地面。本文的算法实现了相同、不同拓扑结构动画模型的实时运动重定向,消除了肢体悬空、穿透、滑步等现象。其次,本文还进行了运动连接的研究,首先通过运动重定向实现两段运动的归一化,然后针对相同和不同拓扑结构的运动连接,以不同的方式建立运动连接的运动模型,最后计算出连接帧的运动数据并建立运动连接的运动数据。本文的算法能够实现相同和不同拓扑结构运动模型之间的运动的无缝连接,消除了悬空、滑步、穿透现象,计算速度能够达到实时。最终本文使用MFC及OpenGL建立了实验平台,实现了相同、不同拓扑结构的动画模型之间的运动重定向和运动连接,为各种运动编辑算法的进一步研究奠定了基础。

关键词：运动捕捉运动编辑运动重定向运动连接四元数

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基于物理约束的运动重定向

高技术通讯 2014年第10期24卷 1062-1068页

作者：金梅张立国金菊于国辉刘惠连燕山大学河北省测试计量技术与仪器重点实验室秦皇岛066004 河北工业大学土木工程学院天津300401 秦皇岛视听机械研究所秦皇岛066000

研究了在人体动画中最有应用前景的运动捕捉技术的数据重用问题,提出了一种基于物理约束的重定向方法,以提高利用捕捉到的运动数据生成新的运动的水平。该方法采用位移映射技术规定目标运动的轨迹,保留原始运动的细节,然后结合无迹卡尔... 详细信息

研究了在人体动画中最有应用前景的运动捕捉技术的数据重用问题,提出了一种基于物理约束的重定向方法,以提高利用捕捉到的运动数据生成新的运动的水平。该方法采用位移映射技术规定目标运动的轨迹,保留原始运动的细节,然后结合无迹卡尔曼滤波(UKF)算法进行非线性约束的求解,保证了人物角色运动的物理真实性。通过实验分析可知,该方法在保留原始运动特性的前提下,可以生成自然的运动,加强了运动数据的重用性。

关键词：运动重定向物理约束位移映射约束求解无迹卡尔曼滤波

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基于物理的虚拟角色运动重定向研究与实现

基于物理的虚拟角色运动重定向研究与实现

作者：袁铨电子科技大学

学位级别：硕士

计算机图形学(Computer Graphics, CG)近年来的蓬勃发展,使其已经被广泛的应用到了如电视电影特技,三维游戏制作,多媒体教育,军事模拟等各行各业。角色动画是计算机图形学中的一个重要研究方向,对它的研究结合了数学,物理学,计算机科学... 详细信息

计算机图形学(Computer Graphics, CG)近年来的蓬勃发展,使其已经被广泛的应用到了如电视电影特技,三维游戏制作,多媒体教育,军事模拟等各行各业。角色动画是计算机图形学中的一个重要研究方向,对它的研究结合了数学,物理学,计算机科学等学科的知识,虽然目前的角色动画技术已经比较成熟了,但是作为计算机图形学的一个分支,该领域的研究依然面临着重大的挑战和机遇。在未来,我们需要的效果是角色动画制作的场景让人的肉眼已经无法分辨真假。而今,离这个目标还有很长一段路要走。当前对运动捕获数据的研究和编辑是角色动画中的一个热点,运动重定向技术正是通过编辑运动捕获数据丰富了角色动作库,提高了角色动画制作的效率,同时也使动画制作的成本下降。本文分析了当前角色动画制作中所采用的主要运动重定向技术,结合在国家863计划探索导向类项目—支持数字媒体内容创作的集成环境中的实际应用,着重研究了以下三个方面的内容:第一,提出了针对具有完全不同骨骼拓扑结构的运动重定向方法。当前的运动重定向针对相同的骨骼拓扑结构的较多,而在针对差异很大的骨骼骨骼拓扑结构的重定向上,研究较少。本文从人体骨骼建模出发,对角色运动有重要影响的关节进行运动数据映射,采用约束限制的方法,修正重定向后的角色运动效果,在最大限度上保持了原始运动的特征;第二,建立了比较完善的物理约束。仅采用运动学方法,建模简单,但是生成的运动可能缺乏物理上的真实感;仅采用动力学方法,虽然可以满足动作的真实感要求,但是求解复杂,耗费时间。本文先采用反向运动学的方法求解满足约束位置的运动,然后建立平衡约束,扭矩约束和动量约束的约束解算器,输入重定向后的运动,输出符合物理约束条件的角色运动。该方法使用的解算器仅包含物理约束,把物理约束作为后期处理方法,降低了物理建模复杂度,同时使生成的运动可以维持物理特性;第三,结合关键帧技术对重定向后的动作编辑以合成新的动作。本文把关键帧技术作为重定向后期处理的一个重要补充,通过该技术无缝连接动画片段,使动作过渡平滑流畅,合成新的动作,丰富了运动捕获数据库。本文采用了大量的运动捕获文件作为测试用源文件,通过本文设计的基于物理的角色运动重定向的算法,证实了该方法在虚拟角色动画合成过程中,可以由原始运动捕获文件合成真实流畅的,符合物理规律及目标角色骨骼拓扑结构的,新的角色动画,在最大限度上保持原始动画的特征。

关键词：运动重定向运动捕获反向运动学动力学物理约束卡尔曼滤波器

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三维角色动画中运动重定向技术的研究与实现

三维角色动画中运动重定向技术的研究与实现

作者：唐琛电子科技大学

学位级别：硕士

随着现代计算机图形学和动画产业的快速发展，三维角色动画已经被广泛地运用到许许多多的领域，比如电影特效制作、三维游戏、多媒体教学和模拟战争中。角色动画作为计算机图形学的一个重要分支，是一门涵盖了数学、物理学和计算机科学... 详细信息

随着现代计算机图形学和动画产业的快速发展，三维角色动画已经被广泛地运用到许许多多的领域，比如电影特效制作、三维游戏、多媒体教学和模拟战争中。角色动画作为计算机图形学的一个重要分支，是一门涵盖了数学、物理学和计算机科学等多门基础学科的综合性课题。采用传统方式制作角色动画是一项相当耗时耗力的工作，而要制作出效果逼真的角色动画更是考验着动画师的能力和耐心。出于以上原因，近年来，越来越多人开始关注通过运动编辑技术对现有的动画数据进行适当修改得到新的动画数据，从而提高现有动画的重用率，极大地丰富了动画库。运动重定向技术是运动编辑技术之一。运动重定向技术通过对角色动画数据进行修改，将其映射到其它角色上，使其它角色也能够具有相同的运动。本文分析了当前角色动画制作中所采用的主要运动编辑技术，结合在国家863计划探索导向类项目——角色动画交互模拟系统中的实际应用，着重研究了以下两个方面的内容：第一，本文实现了不同格式的角色动画文件的相互转换。为了将SKELETON格式的OGRE骨骼动画运用到国家863计划探索导向类项目——角色动画交互模拟系统中，首先需要将其转换为系统支持的BVH格式。我们对OGRE的骨骼动画进行了详细的分析和描述，基于对角色骨架的建模和角色运动数据的建模，实现了这一转换。第二，本文提出了针对具有完全不同骨骼拓扑结构的角色的运动重定向方法，使在具有不同层次结构和几何形状的角色之间进行运动重定向成为可能。为实现拓扑结构可异的运动重定向，本文着重研究了如何在源骨骼与目标骨骼之间创建关节映射、调整源骨骼初始姿态、调整根节点平移数据、调整运动数据、建立几何约束和物理约束等核心问题，给出了一套完整的算法流程，最终通过测试证明该算法能够将角色运动数据重定向到目标骨骼，同时保证目标动画不出现失真现象，证明了该算法的可行性。

关键词：角色动画运动编辑运动重定向拓扑结构可异格式转换

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基于运动捕获的运动重定向技术研究

基于运动捕获的运动重定向技术研究

作者：代晓清天津大学

学位级别：硕士

计算机三维动画是计算机图形学中一个快速发展的研究领域,运动捕获技术的使用为其注入了新的活力。但运动捕获技术也存在一些问题,如运动捕获设备的使用受到场地的限制、捕捉到的数据存在噪音、运动类型单一等等。随着运动捕获系统的广... 详细信息

计算机三维动画是计算机图形学中一个快速发展的研究领域,运动捕获技术的使用为其注入了新的活力。但运动捕获技术也存在一些问题,如运动捕获设备的使用受到场地的限制、捕捉到的数据存在噪音、运动类型单一等等。随着运动捕获系统的广泛应用,对运动捕获数据进行编辑和重用技术的需求也与时俱来。通过对已有的运动数据进行编辑和重用,可以生成适用于新环境的运动数据。本文首先分析了ASF-AMC格式的运动捕获数据,结合H-Anim标准建立了一个具有30个骨骼段、28个关节点,共计56个自由度的简化三维虚拟人骨架模型。其次,本文在简化模型的基础上研究了人体运动重定向。本文中的运动重定向算法采用了新的末端效应器调适机制来消除直接重定向过程中出现的双脚悬空及脚步滑动现象,重定向后的新运动可以保持原始运动的动力学属性。首先,在每一帧上使用新的末端效应器调适机制计算其位置,并作为约束条件;其次,根据约束条件对动画角色的根关节点的位置进行调整;最后调整非约束末端效应器的位置。在调整过程中保持了主要关节点的旋转角度值不变,这样就可以保持原始运动的动力学属性。本文的方法采用了按帧编辑的技术,在每一帧上进行固定数量的计算,计算速度能够达到实时。在编辑过程中,不需人工交互来设定人体骨骼比例,减少了很多人工交互过程。最终本文使用MFC及OpenGL建立了运动重定向的基本实验平台,可以实现人体的运动重定向操作,为运动重定向的进一步研究奠定了基础。

关键词：运动捕捉虚拟人体建模运动重定向运动学末端效应器

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基于运动捕获数据的实时运动重定向技术研究

基于运动捕获数据的实时运动重定向技术研究

作者：侯旭东湖南大学

学位级别：硕士

利用运动捕获数据创作虚拟角色动画已经成为制作角色动画的主流技术,并越来越多地被应用于视频游戏,影视特技,医学分析,产品设计,教育以及军事仿真等众多领域。运动捕获技术在记录表演者的运动数据的同时也记录了表演者的身材信息,如果... 详细信息

利用运动捕获数据创作虚拟角色动画已经成为制作角色动画的主流技术,并越来越多地被应用于视频游戏,影视特技,医学分析,产品设计,教育以及军事仿真等众多领域。运动捕获技术在记录表演者的运动数据的同时也记录了表演者的身材信息,如果虚拟角色的身材比例与表演者不同,或者虚拟角色所处的场景与表演者不同,直接使用表演者的运动数据将出现失真现象。本文所研究的运动重定向技术就是解决如何复用已有的运动捕获数据,同时消除失真现象。本文采用BVH格式文件作为原始运动数据,研究三维地形条件下的运动重定向和不同骨骼结构模型间的运动重定向问题。本文给出了一种三维地形约束条件下的实时的人体运动重定向方法。首先采用基于几何缩放算法得到中间骨骼,然后利用改进的地形适配算法动态调整中间骨骼根关节以及脚部末端效应器位置。利用中间骨骼姿态确定目标骨骼的约束条件,最后使用具有关节范围约束的基于四元数的CCD算法,完成逆向运动学求解,得到目标骨骼姿势。实验结果表明,本方法能够改善目标模型在三维地形上运动时贴近地表的现象。对于不同骨骼结构模型间的运动重定向技术进行了研究,给出了一种由人体模型到双足动物模型的实时运动重定向算法,通过引入仿生机械领域关于双足动物的步态分析的结论,利用特征腿长度设置目标模型运动的约束条件,对于原运动模型与目标模型之间存在无法关联对应的末端效应器的情况,给出一种生成虚拟约束骨骼方法,来间接约束目标模型的末端效应器位置,从而消除了目标模型的运动失真现象,通过实验证明了本方法的有效性。利用FLTK实现了运动重定向的基本试验平台,便于实现运动重定向的操作,为运动重定向技术的进一步研究奠定了基础。

关键词：运动捕获运动重定向逆向运动学欧拉角 CCD算法

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基于反向运动学的运动重定向研究

基于反向运动学的运动重定向研究

作者：徐少帅大连理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着动作捕捉技术的发展和普及,越来越多的运动捕捉数据出现,由此产生了很多完整的运动捕捉的数据库,为计算机动画领域提供了宝贵的研究材料,使得对于角色动作的研究进入了一个新的时期.角色动画的运动编辑技术吸引了国内外广大... 详细信息

近年来,随着动作捕捉技术的发展和普及,越来越多的运动捕捉数据出现,由此产生了很多完整的运动捕捉的数据库,为计算机动画领域提供了宝贵的研究材料,使得对于角色动作的研究进入了一个新的时期.角色动画的运动编辑技术吸引了国内外广大研究人员的兴趣,使得近年开始逐渐涌现出了不少对于运动重定向的比较成熟的技术框架.然而,总体来说,对于这个领域的研究还没有特别完善,现有的算法主要是对于自由角色的动作研究,对于空间及其自身约束的研究还比较少,算法具有普适性,对于一些特定情况下与环境交互出现的运动失真问题研究较少.本文主要通过总结现在已有的各种反向运动学以及运动重定向方法的基础上,对于运动与地形出现的交互问题进行了相关研究.主要有以下工作:首先介绍和分析了现有的比较主要的反向运动学以及运动重定向算法,讨论了不同算法之间的适应性和优缺点,实现了多种不同方法下的反向运动学求解算法.针对3D人体骨骼模型,本文提出了一种关于脚步约束的运动重定向方法.通过约束关节链末端,我们解决了运动重定向过程中的脚步滑动问题,并使得脚步保持在地面位置.同时,我们对于脚步位置进行了一些时空约束,并且对于阻尼最小二乘法的反向运动学方法加入了控制项,来得到更加合理的结果.在本文中我们使用真实的动作捕捉数据进行了实验.对于人体角色运动数据进行了解析,使用了实际生产中的真实运动捕捉数据进行了相关实验.针对人体运动过程中,脚步关于地面的失真问题,进行了反向运动学的求解,对于不同关节比例的骨骼模型都有比较好的效果.同时,为了使关节运动更加平滑,减少各关节位置的跳动现象,加入了对于数据的平滑,使得不同帧之间的运动更加连续.实验结果显示,本方法可以有效解决人体角色运动重定向过程中对于地面的各种失真问题,同时保证了处理结果保持了原运动数据中的主要运动特征,使得结果与捕捉数据的运动更为相似.

关键词：运动重定向反向运动学动作捕捉

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基于Kinect的实时运动重定向技术研究

基于Kinect的实时运动重定向技术研究

作者：杨道谈杭州电子科技大学

学位级别：硕士

传统动作捕捉设备存在的穿戴复杂、逼真度低、实时性差、捕捉环境要求高、高成本等问题，这些问题使得它们在现实中很难被广泛应用。最近，作为新一代的全自由式体感设备，Kinect依靠复杂而又精密的的硬件和领先的机器学习算法有效的缓... 详细信息

传统动作捕捉设备存在的穿戴复杂、逼真度低、实时性差、捕捉环境要求高、高成本等问题，这些问题使得它们在现实中很难被广泛应用。最近，作为新一代的全自由式体感设备，Kinect依靠复杂而又精密的的硬件和领先的机器学习算法有效的缓解了这些问题，从而被应用于各种动作捕捉应用中。本文的研究重点在于将Kinect的运动捕捉数据重定向到虚拟物体上，即运动重定向。另外也系统分析了Kinect捕捉数据的实时跟踪算法和动作数据持久化方法，并最终实现了基于kinect的实时运动重定向软件。本文的主要工作如下： 1、深入研究了Kinect骨骼实时跟踪算法，并结合第三方类库实现了再次封装，使Kinect动作捕捉能作为一个独立的模块进行测试和移植。 2、将Kinect捕获的运动数据转化成通用的BVH文件格式。BVH作为简单通用的数据存储文件，能将Kinect捕捉到的动作数据以关节点的方式存储下来。为后续的动画编辑提供真实数据。 3、提出了基于正向运动学的重定向方法。该方法能实时将Kinect捕获的关节点信息利用正向运动学解析方法求得虚拟人模型坐标系下各个关节点的三维坐标和旋转四元数，然后更新关节点信息，同时驱动模型表面顶点运动。 4、针对重定向过程中出现的悬空、穿透和部分关节点丢失现象，提出了平移补偿算法和关节点丢失保持方法来解决这些问题。 5、基于以上的方法，结合三维图形引擎Ogre和Kinect官方开发库实现了一个完整的虚拟人实时重定向软件，具有良好的效果。

关键词： Kinect 运动重定向 BVH 正向运动学平移补偿