动画自动生成中三维虚拟角色路径规划的研究与实现

论文摘要

本文以智能动画自动生成技术为背景,围绕三维场景中虚拟角色的路径规划问题进行深入地研究。路径规划是智能动画生成中的一个重要组成部分,本文根据具体角色的动作特征(飞行、爬行、行走)建立不同的模型,然后利用A*算法搜索出一条无碰撞路径,最后对路径进行优化。在飞行路径规划中,采用八叉树这一数据结构对场景进行自适应分解,建立基于八叉树的三维场景描述方式,然后在线性八叉树邻域查找算法的基础上搜索路径。最后,采用三次样条插值平滑路径,达到优化路径的目的。考虑到角色动作的复杂性,在设计爬行或行走路径规划的方案时,采用了基于场景模型单元面片的建模方式。这里,八叉树的用途主要有两个方面：其一在场景建模阶段,用于测试不同物体模型间的相交连接情况；其二、在路径搜索阶段,实现运动角色与场景模型的碰撞检测。规划出的路径贴近于物体模型的表面。在单角色规划的基础上,利用运筹学中的线性规划方法来解决群体规划问题,该方法可以避免角色间的碰撞；并实现了角色的相遇算法。在得到每个角色的无碰撞路径后,根据角色的三种动作特征,定义了不同的动作单元,从而实现角色的姿态控制。实验表明,应用该方案规划出的路径适应于不同尺度的虚拟角色,并支持飞行、爬行、行走三种运动动作,体现了三维路径规划的基本特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第一章 概述
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状与分析
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文的组织
• 第二章 三维路径规划方法设计
• 2.1 规划流程
• 2.2 模型数据采样
• 2.3 八叉树数据结构
• 2.3.1 八叉树场景分解
• 2.3.2 八叉树结点的邻域查找
• 2.4 飞行路径规划
• 2.4.1 场景建模
• 2.4.2 路径搜索
• 2.4.3 路径平滑
• 2.5 爬行路径规划
• 2.5.1 场景建模
• 2.5.2 路径搜索
• 2.5.3 路径平滑
• 2.6 行走路径规划
• 2.7 群体路径规划
• 2.8 角色的相遇
• 2.9 本章小结
• 第三章 角色运动动画自动生成
• 3.1 角色姿态控制
• 3.2 运动动画自动生成步骤
• 3.3 本章小结
• 第四章 系统实现和测试
• 4.1 三维路径规划系统
• 4.2 运动动画生成流程
• 4.3 实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结和进一步工作
• 5.1 总结
• 5.2 进一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历