运动重定向与运动连接技术的研究

论文摘要

运动捕捉技术能够产生具有很强真实感和较强实时性的动画。然而,该技术也存在一定的局限性:捕获得到的运动数据简单且带有噪声,数据量大且难以控制,只能在特定环境下应用,运动类型比较单一,因此需要对运动数据进行编辑,使其能够适用于新环境。本文采用BVH文件作为原始运动数据来源,研究相同和不同拓扑结构的虚拟角色之间的运动重定向和运动连接。首先,本文研究了运动重定向技术,采用中间模型来解决不同拓扑结构模型之间关节对应的问题。本文的中间模型既有目标模型的骨架,又有源模型的自由度索引和骨骼方向,因此可以取代目标模型,进行原始运动到中间模型的重定向,与以往的算法相比,本文不需进行原始运动数据的转化、中间模型到目标模型运动数据的拷贝和目标模型骨骼方向的调整;同时本文对中间模型的上肢长度进行调整,解决了动物到人重定向时上肢不能着地的问题。在满足约束条件方面,本文提出了基于根结点位置调整的末端效应器调适机制,在每一帧上根据该方法计算约束点的位置,调整根结点高度以保证非末端效应器不穿透地面。本文的算法实现了相同、不同拓扑结构动画模型的实时运动重定向,消除了肢体悬空、穿透、滑步等现象。其次,本文还进行了运动连接的研究,首先通过运动重定向实现两段运动的归一化,然后针对相同和不同拓扑结构的运动连接,以不同的方式建立运动连接的运动模型,最后计算出连接帧的运动数据并建立运动连接的运动数据。本文的算法能够实现相同和不同拓扑结构运动模型之间的运动的无缝连接,消除了悬空、滑步、穿透现象,计算速度能够达到实时。最终本文使用MFC及OpenGL建立了实验平台,实现了相同、不同拓扑结构的动画模型之间的运动重定向和运动连接,为各种运动编辑算法的进一步研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究工作和创新点
• 1.4 本文的组织
• 第二章 运动编辑综述
• 2.1 单运动编辑操作
• 2.1.1 运动重定向（Motion Retargeting）
• 2.1.2 运动路径编辑（Motion Path Editing）
• 2.1.3 运动变形（Motion Warping）
• 2.1.4 运动平滑（Motion Smoothing）
• 2.1.5 运动风格化（Motion Style Manipulation）
• 2.2 多运动编辑操作
• 2.2.1 运动连接（Motion Transition）
• 2.2.2 运动融合（Motion Blending）
• 2.2.3 运动插值（Motion Interpolation）
• 2.3 运动捕捉及运动描述
• 2.3.1 运动捕捉文件格式
• 2.3.2 角色模型
• 2.3.3 运动描述
• 第三章 运动重定向
• 3.1 引言
• 3.2 中间模型的建立
• 3.2.1 创建初始中间模型
• 3.2.2 调整中间模型初始姿态
• 3.2.3 调整骨骼比例
• 3.3 运动数据处理
• 3.3.1 运动表示
• 3.3.2 运动数据拷贝与调整
• 3.4 失真与约束
• 3.4.1 失真现象
• 3.4.2 基于约束的消除方法
• 3.5 算法步骤
• 3.6 实验结果与分析
• 3.6.1 相同拓扑结构人体模型之间的重定向
• 3.6.2 不同拓扑结构人体模型之间的重定向
• 3.6.3 动物到人的运动重定向
• 3.7 小结
• 第四章 运动连接
• 4.1 引言
• 4.2 相同拓扑结构的运动连接
• 4.2.1 运动数据归一化
• 4.2.2 连接帧运动数据计算
• 4.2.3 运动数据的建立
• 4.3 不同拓扑结构的运动连接
• 4.3.1 模型拓扑结构归一化
• 4.3.2 运动模型的建立
• 4.3.3 运动姿态失真现象
• 4.3.4 关节局部坐标的插值与恢复
• 4.3.5 运动数据的建立
• 4.4 算法步骤
• 4.5 实验结果与分析
• 4.5.1 相同拓扑结构的运动连接
• 4.5.2 动物到人的运动连接
• 4.6 小结
• 第五章 运动编辑平台
• 5.1 平台结构
• 5.2 界面及功能
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 未来研究方向
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢