基于运动捕获数据的人体运动编辑技术研究

论文摘要

二十世纪九十年代以来,随着运动捕获技术的兴起及运动捕获设备的发展,大量的具有较强真实感的人体运动捕获数据被生成并广泛地应用于计算机动画制作的各个领域:游戏、影视、医学及军事等。但随之而起的问题是如何更方便、高效地利用运动捕获数据进行计算机人体动画的创作。在此背景下,基于运动捕获数据的人体动画研究,已经成为近年来计算机图形学领域的一大热点。研究基于运动捕获数据的人体运动编辑技术,针对当前人体运动编辑技术的研究现状,分析运动捕获数据的描述方法,对现有运动编辑方法进行研究,提出更符合人体运动特征的编辑方法,利用运动捕获数据生成真实感更强的人体动画。对人体骨架的层次关节链模型和运动进行描述,分析常用的运动捕获数据的描述方法和文件格式的结构特点。通过人体姿态间插值技术产生运动片段间的平滑过渡,达到运动片段无缝连接的目的。其关键技术为关节姿态旋转的插值,采用四元数表示每帧人体姿态中关节的旋转,利用四元数的球面线性插值方法生成关节姿态的自然过渡。将运动混合的编辑分为两种操作模式:同种类型运动的融合和不同种类型运动的动作嵌入。对传统的动态时间变形算法进行改进,通过时间序列周期的均匀缩放和下界限制来提高算法的可行性和效率。并利用时间对齐处理技术和插值技术进行运动融合和动作嵌入。提取原始人体运动数据的运动类型和周期性特征,将复杂情况下产生形状变换后的运动路径分割成数个短小周期内运动路径,每段周期内运动路径上的运动进行空间变换下的编辑操作,然后对周期内每帧的人体姿态进行方向偏移的调整,生成新运动路径下的运动。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本文的内容和组织结构
• 2 人体运动编辑技术的基本理论
• 2.1 人体骨架模型和运动的描述
• 2.1.1 人体骨架模型的建立与描述
• 2.1.2 人体关节运动的描述
• 2.1.3 人体关节运动的控制方法
• 2.2 运动捕获数据的描述方法
• 2.3 运动编辑技术的基本操作
• 2.4 本章小结
• 3 基于姿态插值技术的运动连接
• 3.1 人体空间位置的插值
• 3.2 人体关节姿态的插值
• 3.2.1 四元数的定义与运算规则
• 3.2.2 四元数与旋转
• 3.2.3 四元数的插值
• 3.2.4 四元数与欧拉角之间的转换
• 3.3 运动连接的编辑方法
• 3.4 实验仿真与结果分析
• 3.4.1 AMC 文件与矩阵数据之间的转换
• 3.4.2 人体姿态插值的矩阵处理过程
• 3.4.3 实验结果及其分析
• 3.5 本章小结
• 4 基于时间对齐处理的运动混合
• 4.1 时间对齐处理
• 4.1.1 时间对齐的距离函数
• 4.1.2 约束条件和下界限制
• 4.1.3 均匀缩放的时间对齐
• 4.2 运动融合的编辑方法
• 4.3 动作嵌入的编辑方法
• 4.4 实验仿真与结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 基于特征提取的运动路径变换
• 5.1 运动路径曲线的抛物拟合
• 5.2 运动数据的特征提取方法
• 5.3 特征周期运动片段的路径变换
• 5.3.1 新运动路径的分割
• 5.3.2 运动路径段的空间变换
• 5.3.3 周期运动方向偏移的调整
• 5.4 运动姿态的约束化调整
• 5.5 实验仿真与结果分析
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文的主要工作总结
• 6.2 未来研究展望
• 致谢
• 参考文献