基于数据驱动的虚拟人运动编辑与合成技术研究

论文摘要

针对当前虚拟人运动面临的工作繁杂、运动可控性差、数据重用率低等难题,提出基于数据驱动的虚拟人运动编辑与合成方法,以已有的运动数据为基础,通过运动编辑技术生成新的复杂运动。本文主要做了以下工作:首先,针对传统四元数方法计算量大,四元数之间距离难衡量以及曲线简化提取关键帧方法丢失临界姿态的问题,提出基于小波变换提取关键帧的方法,该方法通过选择不同的阈值,实现从运动序列中提取关键帧。通过对关键帧的编辑,可以实现不同姿态的运动,不仅保持了原始运动的基本特征,而且可以实现满足其他需求的运动。其次,针对目前虚拟人重定向后运动不逼真,局限于相同拓扑结构人体重定向运动的突出问题,提出基于不同拓扑结构的运动重定向方法,通过对不同拓扑结构人体的骨骼模型进行调整,使重定向后的人体运动更逼真自然。最后,针对当前运动合成方法多、功能单一的问题,利用Poser软件设计虚拟人运动合成系统,结合Poser和Matlab软件生成运动合成后的虚拟人运动效果,验证虚拟人合成方法的有效性。仿真实验表明,基于数据驱动的虚拟人运动编辑与合成技术能有效生成逼真的、复杂的人体动作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 虚拟人关键技术应用
• 1.2.1 虚拟人的特点
• 1.2.2 虚拟人关键技术的应用
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3.1 虚拟人关键技术研究现状
• 1.3.2 虚拟人关键技术发展趋势
• 1.4 本文的研究内容及组织结构安排
• 1.4.1 论文主要研究内容
• 1.4.2 论文组织结构安排
• 第二章 虚拟人技术基础
• 2.1 虚拟人主要的几何表示方法
• 2.2 人体运动模型描述
• 2.3 运动捕捉技术
• 2.3.1 运动捕捉技术分类
• 2.3.2 运动捕捉数据文件格式
• 2.4 虚拟人运动编辑与合成
• 2.4.1 运动编辑与合成的概念
• 2.4.2 运动编辑与合成技术的作用
• 2.4.3 运动编辑技术分类
• 2.4.4 运动合成技术分类
• 2.5 四元数及其性质
• 2.5.1 坐标平移变换
• 2.5.2 四元数与欧拉角和旋转矩阵之间的相互转换
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于关键帧技术的运动编辑
• 3.1 引言
• 3.2 关键帧技术概述
• 3.3 从运动序列中提取关键帧
• 3.3.1 四元数方法从运动捕捉数据中提取关键帧
• 3.3.2 基于曲线简化的方法提取关键帧
• 3.3.3 基于小波变换的方法提取关键帧
• 3.4 关键帧运动编辑
• 3.4.1 关键帧编辑
• 3.4.2 关键帧动画重建
• 3.5 实验结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 虚拟人运动重定向研究
• 4.1 引言
• 4.2 运动重定向技术介绍
• 4.2.1 运动重定向定义
• 4.2.2 运动重定向技术的作用
• 4.2.3 运动重定向需要解决的问题
• 4.2.4 运动重定向技术的研究现状
• 4.3 运动重定向算法
• 4.3.1 相同骨骼拓扑结构之间的运动重定向
• 4.3.2 基于时空约束的运动重定向
• 4.3.3 不同拓扑结构的运动重定向
• 4.4 实验结果与分析
• 4.4.1 相同骨骼拓扑结构之间的运动重定向
• 4.4.2 不同拓扑结构人体模型之间的重定向
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于Poser 的虚拟人运动合成系统
• 5.1 引言
• 5.2 虚拟人运动合成
• 5.2.1 虚拟人运动合成概述
• 5.2.2 虚拟人合成的应用
• 5.3 主要运动合成的方法
• 5.3.1 基于有限行为状态自动机的运动合成
• 5.3.2 基于运动图的运动合成
• 5.3.3 基于数据参数化的运动合成
• 5.3.4 基于几何匹配的人体运动合成方法
• 5.4 基于Poser 的虚拟人运动合成方法
• 5.4.1 Poser 介绍
• 5.4.2 人体运动合成算法及步骤
• 5.5 仿真结果与分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果