运动捕获数据的处理与编辑技术研究

论文摘要

随着计算机技术与图形学的迅速发展，计算机动画已经被广泛应用到影视制作、游戏动画、广告、医学及教育等领域。运动捕获技术以其无可比拟的真实感和后期编辑技术的强大性成为计算机动画的重要手段。但是由于运动捕获的成本比较高，所获取的运动数据结构简单，而且只能在特定的环境下使用，为了使之能够应用在新的场景中，满足新的用户需求，必须对捕获的运动数据进行编辑处理。因此如何对运动捕获数据进行处理与编辑成为了当前运动捕获技术的一大研究热点。针对原始的运动数据不利于后续的运动编辑的问题，提出一种新的运动数据转换计算方法，将获取的运动三维位置数据转换为具备完整运动信息的标准运动数据。首先建立简化的人体骨骼模型，然后利用关节点自身在骨架中的结构关系建立关节点在不同坐标系下的变换方程，并提出构造分解的方法求解旋转矩阵，获得关节点的旋转参数，最后存储为标准的BVH运动数据文件，用于驱动三维人体模型。提出一种基于支撑期的运动混合算法。首先使用支撑期方法，在需要混合的两个运动之间找到对应的支撑期对，初步确定两个运动的混合范围；然后根据动态时间变形技术，在这个支撑期对中，找到最佳的过渡片段；最后对选定的范围进行运动插值，得到最终的结果。如此，既解决了运动同步的问题，又通过缩小混合范围，减小了计算量，使得创建的过渡更加光滑和自然，也更加高效。本文基于以上方法，首先在MFC环境下完成了运动捕获数据转换实验；然后利用OpenGL图形库实现了基于支撑期的运动混合算法，实现了对BVH格式运动捕获数据的读取，以及对运动数据的混合，能够实时播放混合效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究背景与意义
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 运动捕获系统分类
• 1.3.2 运动捕获技术的应用
• 1.3.3 运动编辑的意义
• 1.3.4 运动编辑方法综述
• 1.4 本文的内容与组织
• 第2章 基础知识
• 2.1 人体层次骨架模型与运动描述
• 2.1.1 层次骨架模型
• 2.1.2 人体运动描述
• 2.2 欧拉角
• 2.3 四元数
• 2.4 常见运动捕获数据文件
• 2.4.1 BVH 运动捕获数据文件
• 2.4.2 ASF/AMC 运动捕获数据文件
• 2.5 本章小结
• 第3章 运动捕获数据转换与可视化
• 3.1 引言
• 3.2 建立人体骨骼模型
• 3.3 计算节点偏移量和自由度
• 3.3.1 求解各节点的偏移量
• 3.3.2 求解各节点的自由度
• 3.4 BVH 运动数据可视化
• 3.5 实验结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于支撑期的运动混合
• 4.1 引言
• 4.2 支撑期方法
• 4.2.1 支撑期检测
• 4.2.2 支撑期配对
• 4.2.3 选定混合支撑期对
• 4.3 基于帧的相似性计算
• 4.3.1 动态时间变形
• 4.3.2 相似度计算
• 4.4 运动插值
• 4.4.1 根关节插值
• 4.4.2 运动姿态插值
• 4.4.3 运动插值实现
• 4.5 运动数据的建立
• 4.6 实验结果
• 4.7 本章小结
• 第5章 实验平台
• 5.1 平台结构
• 5.2 界面与功能
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 附录 B 攻读硕士期间参与的项目列表