面向异构骨架的动画角色运动融合研究

论文摘要

传统运动融合仅处理相同角色的运动数据,已有运动数据库无法得到充分复用。为了突破动画角色的骨架结构限制,合成更加丰富多样的运动数据,提出一种面向异构骨架的角色运动融合方法。归纳总结异构骨架运动数据的差异和特征,引入异构骨架运动重定向技术,建立一套完整的运动融合方案,最后在此基础上实现了动画角色运动合成。本文的研究工作主要包括以下几个方面：(1)提出一种基于关键姿态映射的运动重定向方法。针对原始运动数据的高维特性,采用主成分分析(PCA, Principal Component Analysis)方法对运动数据进行降维,获取运动序列的主要特征,并采用姿态聚类法(Clustering)提取运动的关键姿态,通过源角色与目标角色骨架的映射关系,实现目标角色关键姿态的自动生成,最后通过多元插值技术重构运动序列。(2)探索基于动态时间扭曲(DTW, Dynamic Time Warping)的角色运动融合方法。以四元数形式表示运动数据,在此基础上定义相似帧的计算方法,构造时间扭曲曲线,变形运动序列；通过四元数球面插值实现运动局部姿态的融合,并重构根关节运动轨迹,合成角色在世界坐标下的运动；最后,设计了一种基于反向运动学和插值技术的运动交互编辑方式,实现运动片段的快速修正。实验结果表明,该算法具有良好的交互性和较好的视觉效果。(3)以上述工作为基础,设计了运动融合原型系统。通过对骨骼动画角色的研究与分析,定义了角色骨架层次及运动序列的数据结构,在此基础上实现了各个相关模块,完成骨骼动画文件的解析、运动数据的导出导入及运动的实时交互编辑等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 问题的提出
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 运动生成技术
• 1.3.2 运动重定向
• 1.3.3 运动融合
• 1.4 课题来源
• 1.5 论文内容及组织结构
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 本文的组织结构
• 第二章 基于四元数表达的异构骨架运动融合框架
• 2.1 运动数据表达
• 2.1.1 骨架层次结构模型
• 2.1.2 四元数及其优点
• 2.2 异构骨架运动融合思路
• 2.3 关键技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于关键姿态映射的运动重定向
• 3.1 总体思路
• 3.2 运动分析
• 3.2.1 运动数据预处理
• 3.2.2 运动序列主成分分析
• 3.2.3 关键姿态提取
• 3.2.4 运动权值计算
• 3.3 运动合成
• 3.3.1 关节对应关系
• 3.3.2 初始姿态对齐
• 3.3.3 运动数据映射
• 3.3.4 根关节位移
• 3.4 实验结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于动态时间扭曲的运动融合
• 4.1 总体思路
• 4.2 动态时间扭曲
• 4.2.1 四元数间距
• 4.2.2 寻找相似帧
• 4.2.3 构造时间扭曲曲线
• 4.3 运动合成
• 4.3.1 局部姿态融合
• 4.3.2 重构根关节运动轨迹
• 4.4 基于反向运动学的运动编辑
• 4.4.1 反向运动学的定义
• 4.4.2 反向运动学求解方法
• 4.4.3 运动序列修改
• 4.5 实验结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 运动融合原型系统
• 5.1 平台结构
• 5.2 界面及功能
• 5.3 运动融合实例
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 论文展望
• 参考文献
• 硕士研究生在读期间完成的论文
• 硕士研究生在读期间参加的科研工作
• 硕士研究生在读期间获得荣誉