区域填充及实时动画生成的研究及应用

论文摘要

本文以大连市科技计划及科技攻关基金资助项目——互动式动漫游引擎开发平台为研究背景,研究了项目开发中的两个问题:区域填充以及实时动画生成。区域填充是广泛应用于计算机图形学、图像处理、图像分析等研究领域的重要算法。目前基于链码的区域填充算法比传统的区域填充算法具有更好的填充结果以及填充性能,但只能从一个方向填充区域,并在填充有孔洞区域时会重复填充孔洞。本文针对目前基于链码的区域填充算法的不足,进行了改进。根据行人逆时针或顺时针遍历简单闭合区域轮廓时,区域中像素在行人左侧或右侧的理论,通过像素的最近边缘的上一边缘及其下一边缘的位置来判断像素与行人的关系,并以此关系判定像素是否种子点,从而得到根据线段的最近边缘判断线段是否属于区域的填充算法,可以填充单轮廓的区域,以及有孔洞的区域。与当前基于链码的填充算法相比,该算法速度快,效率高,不会重复填充孔洞,并将寻找种子点的最近边缘推广至四个方向,算法可沿四个方向填充区域。计算机动画是目前计算机图形学中一个非常活跃的研究领域。目前基于运动捕捉的动画技术,能以捕捉到的人体动作生成动画。它的实现过程是借助于三维动画软件或自制软件一次性将所有人体动作都生成动画,那么,这种做法就不能将每一帧人体动作实时地生成动画。本文以运动捕捉数据驱动动画的过程就是首先使人体与模型具有一个相同的初始姿态,然后每当获得一帧人体动作,就使用人体各骨骼的本地旋转变换去替代网格模型中各骨骼的本地旋转变换,最后通过模型中各骨骼的旋转变换驱动模型姿态与人体姿态保持一致。实验与理论证明了此方法的可行性,能够将每一帧捕捉到的人体动作实时反映为动画中模型的姿态,能满足互动式游戏中实时人机交互的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的工作
• 1.4 论文的组织
• 2 区域填充的理论基础
• 2.1 数字图像处理基础
• 2.1.1 数字图像介绍
• 2.1.2 数字图像的矩阵表示
• 2.1.3 邻域和邻接
• 2.2 链码及轮廓跟踪
• 2.2.1 区域的表示
• 2.2.2 轮廓跟踪
• 3 基于链码的区域填充算法研究
• 3.1 基于链码的填充算法分析
• 3.1.1 CAI算法
• 3.1.2 CHANG算法
• 3.1.3 REN1算法
• 3.1.4 REN2算法
• 3.1.5 TANG算法
• 3.2 新的基于链码的区域填充算法
• 3.2.1 问题的阐述
• 3.2.2 寻找种子点的新方法
• 3.2.3 基于奇偶性检测的填充算法
• 3.3 性能分析与比较
• 3.4 实验
• 4 蒙皮网格动画原理
• 4.1 人体模型
• 4.2 人体的运动机制
• 4.3 皮肤变形
• 5 基于运动捕捉的动画生成研究
• 5.1 数据驱动的动画制作分析
• 5.2 基于模型的动画制作分析
• 5.2.1 动画制作
• 5.2.2 动画存储
• 5.2.3 动画渲染
• 5.3 运动捕捉数据驱动骨骼动画
• 5.3.1 建立表演者的人体模型
• 5.3.2 设置人体运动机制
• 5.3.3 首帧姿态配准
• 5.3.4 编辑人体运动数据
• 5.3.5 生成角色模型的姿态
• 5.4 实验
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢