基于关键姿态插值的皮肤变形技术研究

基于关键姿态插值的皮肤变形技术研究

论文摘要

在三维计算机动画中,把人体作为其中的角色一直是研究人员感兴趣的目标,虽然计算机动画在许多领域占据着越来越重要的地位,但人体动画的许多问题仍未能很好地解决。原因就在于人体共有200个以上的自由度,其运动非常复杂,人的形状不规则,人的肌肉随着人体的运动而变形,人的头发、皮肤和衣服模拟起来困难,人的个性、表情千变万化等。另外,由于人类对自身的运动非常熟悉,不协调的运动很容易被观察者所察觉。可以说人体动画是计算机动画中最富挑战性的课题之一,而其中一个主要的挑战就是如何快速、逼真地实现虚拟人的皮肤变形。提出了一种基于姿态和同一性的建模方法。对于不规律的,不完全的,和量少的数据,算法是非常健壮的。通过合并其他变形,建模了一个能表达出姿态依赖和个体差异相互关系的模型。提出一种基于实例皮肤变形动画系统的优化方法,通过反转PSD,能提供更好的性能和可靠的插值。通过以一个极小值问题来描述反转过程,针对基于实例的皮肤变形方案,本文提出了一个可以整合形状插值的统一模型。针对皮肤变形算法运算量大的特点,提出一种适用于SIMD架构GPU的加速算法。关节权值可以由样本姿态自动获取,减少了手动操作,提高了依赖于准确的关节权值的皮肤变形算法的变形质量。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 前言
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 课题的提出、目的及意义
  • 1.3 国内外研究现状
  • 1.3.1 骨架子空间变形及其改良算法
  • 1.3.2 基于实例的插值算法
  • 1.4 主要研究内容
  • 1.5 论文的组织结构
  • 第二章 皮肤变形技术基础
  • 2.1 皮肤表示与几何建模方法
  • 2.1.1 虚拟人皮肤表示方法
  • 2.1.2 虚拟人皮肤几何建模方法
  • 2.2 皮肤变形算法
  • 2.2.1 刚性变形
  • 2.2.2 局部变形算子法
  • 2.2.3 骨架驱动变形
  • 2.2.4 基于实例的插值变形方法
  • 2.2.5 多层模型皮肤变形方法
  • 2.3 本章小结
  • 第三章 基于姿态和同一性的人体建模
  • 3.1 相关工作
  • 3.2 人物表示
  • 3.2.1 体型和骨架
  • 3.2.2 封装
  • 3.2.3 改进的封装
  • 3.2.4 匹配
  • 3.3 自动学习
  • 3.3.1 特征学习
  • 3.3.2 同一性学习
  • 3.4 实验结果
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 基于实例皮肤变形动画系统的优化
  • 4.1 相关工作
  • 4.2 皮肤变形
  • 4.2.1 骨架子空间变形
  • 4.2.2 姿态空间变形
  • 4.3 反转操作及统一框架
  • 4.3.1 执行
  • 4.3.2 变形方向分析
  • 4.3.3 反转皮肤变形的统一框架
  • 4.3.4 极小值搜索方向
  • 4.4 系统概要
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 基于实例皮肤变形的GPU 加速算法
  • 5.1 相关工作
  • 5.2 皮肤变形
  • 5.2.1 骨架子空间变形(SSD)
  • 5.2.2 姿态空间变形(PSD)
  • 5.2.3 加权子空间变形(WPSD)
  • 5.3 由样本计算关节权值
  • 5.4 GPU 上的并行变形
  • 5.4.1 并行WPSD
  • 5.4.2 GPU 上并行WPSD
  • 5.4.3 GPU 执行
  • 5.5 实验结果
  • 5.6 本章小结
  • 总结
  • 论文工作总结
  • 创新点
  • 工作展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间取得的学术成果
  • 相关论文文献

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