数字皮影动画脚本的研究与应用

为简化数字皮影动画的制作流程,提高数字皮影作品的交互性,降低数字皮影实时表演的难度,对皮影常见角色及动作进行了抽象、分类,提出一种针对特定类型的通用的骨骼模型。基于反向动力学,设计了一套描述皮影骨骼动画的脚本。该脚本通过对骨骼位置与旋转属性的控制定义皮影角色的基本动作,并通过对基本动作的叠加实现复杂动作。脚本对动作的定义基于骨骼模型而非具体角色,具有通用性。最后通过实验证明了脚本的有效性。     

皮影动画中人物运动的特性分析与实现

为了利用现代数字动画技术,将我国传统的皮影戏与动画有机地结合在一起,提出了利用三维动画制作软件,实现数字皮影的人物运动.首先通过对我国传统皮影人物运动的细致分析,总结传统影人的运动规律,指出传统皮影运动的特点及实现数字皮影人物运动的难点.在此基础上利用三维动画制作软件3DS MAX,建立数字皮影动画人物角色模块,以建立影人骨骼树的方法,来解决数字影人运动的难点问题.最后,实例表明了该方法的可行性.     

面向情绪调节的多模态人机交互技术

目的 现代社会存在心理问题的人日趋增多,及时调节其负面情绪对社会和谐稳定具有重要现实意义。传统的情绪调节方法需要花费大量人力,为此提出一种面向情绪调节的多模态人机交互方法,识别用户情绪,采用文本对话和体感交互实现对用户情绪的调节。方法 综合运用了表情识别、文本对话和手势来实现对用户情绪的识别,构建了具有情绪表现力的智能体。用户的表情识别采用支持向量机方法,文本对话采用基于规则和融入情绪因素的Seq2Seq模型实现。设计了聊天、过生日和互动游戏（打篮球）等交互剧情,采用手势和肢体动作来辅助交互。为了更好地体现情绪调节的作用,在互动游戏中设计了强化学习算法,可根据用户的情绪反馈来自动调整游戏难度,最终让用户情绪调整到积极状态。结果 通过实验发现,采用单模态交互很难感知到用户的背景信息,因此对用户的情绪识别可能出现误判。而采用多模态的人机交互方式,可以通过文本对话了解用户的背景信息,从而对用户情绪的识别更为合理。在多模态的人机交互剧情中,用户能以更自然的方式实现情景互动,智能体在多模态交互中更能发挥情绪调节作用。结论 本文提出一种基于多模态人机交互的情绪调节方法,该方法不需要昂贵的硬件设备,便于推广普及,为消极情绪的调节提供了一种可计算方案。     

交互式沙画模拟算法

为了向普通用户和艺术家提供一种简单且超现实的新兴沙画交互方式,提出一种基于Kinect的交互式真实感沙画实时模拟系统与算法.该系统由预处理、用户交互信息获取、沙画实时处理与绘制3个子系统组成.预处理子系统包括真实沙画图像的采集、分析以及统计操作和沙画画笔样式定义操作,二者仅需要执行一次;用户交互信息获取子系统是沙画模拟算法的起始点,主要利用Kinect交互识别用户手势等动作信息,进而完成功能选择或者沙画不同手法的绘制操作;沙画实时处理与绘制子系统通过基于高度场的沙粒堆积算法与沙堆崩塌算法实现勾沙、铺沙、漏沙等沙画手法,进而将画布高度场转换回RGB图像并完成最终模拟效果的绘制操作.用户体验反馈与实验结果表明,文中系统与算法能够真实、有效、实时、交互地进行沙画艺术创作.     

基于Kinect的唐卡图像交互设计与实现

唐卡文化作为中华优秀传统文化的艺术瑰宝,其弘扬和传承一直备受关注。传统地唐卡文化展示方式存在着很多的局限性,高昂的制作成本、珍贵的原材料以及地域差异等各方面原因的约束,一定程度上制约了唐卡文化的弘扬。将现代科技与传统文化相结合,通过体感交互的新型交互方式传播唐卡文化,能够有效地避免传统展示方式中的不足,更好地弘扬唐卡文化。文中利用微软的Kinect体感设备,实时采集用户骨骼信息,并将采集到的数据通过中间插件传输到Unity3D交互场景中,展示手势控制的交互界面,以手势控制的方式实现堆绣唐卡的堆绣操作,并将堆绣成果通过扫描二维码的方式保存在个人移动设备中。新型体感交互方式不仅能够激发用户对唐卡文化的兴趣,而且能够很好地带动用户去认知、弘扬唐卡文化。     

基于超像素的多主体图像交互分割

目的 为解决多主体图像的交互分割问题,在保证分割效果的前提上,提高分割的效率,达到实时交互修改分割结果的目的, 提出基于超像素的图像多主体交互分割算法.方法 基于图像的超像素构造一个多层流网络,利用用户交互绘制的简单笔画给出多主体分割的指导信息.流网络的边权值保证利用图割算法将图像分割成多个部分后,每个部分代表图像的一个主体.允许用户交互给出标记,实时修改分割结果,直到得到满意的多主体分割.结果 通过实验显示,本文方法能得到的满意多主体分割结果,而且时间效率较高.对分辨率为449×275的图像,算法能在1 s内给出结果,满足实时修改的要求.结论 基于超像素建立的图规模较小,能大大减少图割算法的运行时间,达到用户实时交互添加新笔画信息,交互地修正分割结果的目的.利用超像素的边界信息,用户只需输入比较简单的笔画信息,分割算法就能得到正确的多主体分割结果.     

草绘3维人体建模的模板形变方法

目的 采用草绘交互方式直接构造3维人体模型是当前人体建模研究的重要课题之一.提出一种草绘3维人体建模的模板形变方法.方法 针对输入的草图,首先,采用关节点定位方法获取草图中的人体关节点,根据人体结构学约束识别人体骨架结构,通过解析人体轮廓草图获取人体草图特征;其次,通过骨架模板和外观轮廓模板形变,将草图特征映射到3维人体模型,实现3维人体建模.结果 草图解析方法能有效提取草图特征,通过模板形变方法生成3维人体模型,并在模型上保持草图特征;能适应不同用户的绘制习惯,且生成的3维人体模型可用于人体动画设计.结论 提出一种草绘3维人体建模的模板形变方法,支持用户采用草绘方式进行3维人体模型设计,方法具有良好的用户适应性,对3维动画创作具有重要意义.     

引入力触觉的数字文物多模交互方法

目的 针对当前文物资源由传统的实体文物向虚拟展示和数字文物进行扩展的趋势,如何提供一种多模态的信息呈现方式就显得尤为重要。通过将力触觉技术引入3维文物展示领域,提出一种基于多模感知的3维文物交互式呈现的算法框架。在对文物的基本特征进行视、听、触觉多通道分析的基础上,依据用户与文物模型的接触状态对多通道信息进行计算和整合。方法 在力触觉计算渲染方面,基于嵌入深度构建弹簧系统模拟轮廓形状的接触过程,引入动摩擦和静摩擦因数来反映表面摩擦力这一材质特征,通过法线贴图来实现文物表面纹理的触觉处理;针对交互的环境由2维平面拓展至立体空间,结合力触觉设备将操作时的行为和状态映射为虚拟环境中的操作代理,借助操作代理构建"旋转"和"选择-移动-释放"两种基本的操作范式来实现用户意图;最后,物理引擎的引入将物体的基本运动规律集成至虚拟场景,提升场景交互的真实感.结果 使用Phantom Omni手控器搭建面向馆藏文物的多模感知实验系统,抽取志愿者对实验系统进行测评。实验结果表明：运用本文方法,用户可从视觉、听觉、触觉多个通道对数字文物的整体和细节信息进行感知,且交互的整体过程简单、自然、有效。结论 本文提出的基于多模感知的数字文物交互式呈现方法,可有效实现对各类数字遗产特别是3维文物的多模重现,在保证较高实时性的同时拥有良好的可用性和情感体验效果。     

基于Kinect的体感交互开发中间件设计及实现

从丰富体感游戏内容的角度出发,设计并实现体感交互开发中间件软件。该软件以Kinect v2为硬件基础,将原本基于键盘鼠标等操作的传统交互方式游戏实现体感化操作。该软件包含映射集构建和模拟测试两部分,利用映射集构建部分完成传统交互事件与用户动作之间的映射关联,利用模拟测试部分进行实时体感化操作游戏。采用3种描述方式对动作进行描述和定义,采用膜版匹配的方法实现动作识别。给出将一款传统交互的游戏实现体感化操作的实例,并投入实际应用来验证该解决方案的可行性。实验结果证明,该解决方案可以有效地将传统交互方式的游戏实现体感化操作。     

有效重采样的颜色编辑扩散

目的 颜色编辑扩散是图像处理领域中的一个重要研究内容。以往方法中,为了取得期望的编辑效果,要求交互选定的样本颜色尽可能丰富。为了降低输入条件,提出一种新的有效重采样的颜色编辑扩散技术。方法 首先对图像做超像素分割并提取每个超像素中心作为重采样样本。遵循超像素中心非边缘像素,只服从一种编辑模式的原则,计算其与每种编辑模式的相似度,如果与某种编辑模式相似度绝对占优,则该样本的编辑模式直接确定。对于待定样本,依照相邻相似样本服从相同编辑模式的思想来判断其归属。然后将重采样样本的颜色编辑遵循相似颜色编辑后仍相似的原则采用增量的方式扩散到整幅图像。扩散时每个像素自适应地选择样本的数量,以避免相似度低样本的干扰。结果 与以往的方法进行比较,该方法对输入条件的敏感度较低,且在相同的相对简单的输入条件下能取得更好的视觉效果,可视化的梯度显示细节保持也更理想。结论 该方法能有效简化用户交互,将稀疏的画笔像素的扩散转化为颜色信息相对丰富的超像素中心样本的扩散,且生成的图像能忠于编辑颜色及较好地保持图像细节。     

基于满意度分析的皮影文化因子提取及设计应用

传统皮影艺术博大精深,其形象气质、装饰、色彩、纹样等特点是中国传统艺术 中的经典,因其表演方式、传播形式等无法适应现代社会的审美和需求,导致其传承濒危。目 前关于皮影文化的传播和应用主要集中在动画制作、舞台效果、服装设计、平面设计、雕塑以 及数字化保护等方面,但究其文化元素的应用上还存有,只停留在对皮影原始元素的直接应用, 缺少从用户视角进行符号的提炼并应用于产品设计上的方法。通过采样分析选取具有代表性的 皮影样本,利用感性工学和统计学的方法得出皮影特征因子,在此基础上根据满意度分析得出 用户对皮影旦角期望的特征语义,再基于眼动实验对皮影纹样特征进行提取以及对色彩进行感 性评价,并将其分析结果进行纹路提取和设计演变,最终应用于灯具类文化创意产品的设计中, 以证实该方法和设计流程的可行性。     

Restoration of traditional Chinese shadow play‐Piying art from tangible interaction

Piying, the world's intangible culture heritage, is a characteristic Chinese folk shadow play and one of the origins of modern movie. The spirit of traditional Piying is to express rich emotion and stories through impromptu action change by professional artists. Now Piying gradually fades away in people's lives, encountering the risk of extinction. We focus on transforming the traditional Piying play into an interactive system, which can be seamlessly performed by ordinary people and bring a strong sense of immersion to the users. Two interactive systems were developed, with Kinect‐based interaction or sensors, users can create own digital Piying animations by employing their body movement as input. A field study was presented with 20 students in a primary school. The result showed that our system was far more effective in emotion induction and Piying understanding than traditional one. We demonstrated this system in a charitable foundation and a workshop of a tangible conference. It is also honored to be collected by China's intangible cultural heritage network. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

辽宁皮影戏的源流

皮影戏属傀儡戏的一种。影戏源于戏"影",即玩弄影子,由人操弄影人,利用光投于幕上,配以音乐、唱词。影戏流传入东北源于金。明代,"滦州影"传至辽宁。至清乾隆、嘉庆年间,滦州影戏再次从冀东传入辽南,与当地影戏结合,逐渐形成了辽南皮影戏。近代,社会动荡、内战外患、民不聊生,影戏呈现了衰落的面貌,但并未销声匿迹。     

Kinect动作捕捉技术在三维动画教学中的应用与实践

针对传统三维角色动画制作成本高、时间长的问题,文章介绍了一种应用Kinect动作捕捉技术实现高效制作三维角色动画的方法。该方法借助Kinect体感摄像机捕捉真人的动作生成骨骼关节的关键帧数据并输出bvh动作路径文件,然后把bvh动作路径数据导入C4D软件中,就可以驱动角色模型完成角色动画的制作。把这种方法运用到三维角色动画教学实践中,有利于提高学生学习的兴趣和效率。     

基于Kinect 的人脸表情捕捉及动画模拟系统研究

三维人脸表情动画技术是一个具有巨大应用前景和研究意义的学科方向。在研究 现有表情捕捉和动画合成技术的基础上,提出了一种基于Microsoft Kinect 设备的人脸表情动画 系统。该系统首先利用Kinect 设备捕捉人脸并提取相关表情参数,同时利用Autodesk Maya 动 画软件建立对应的人脸三维模型,之后将模型导入到OGRE 动画引擎并把提取的表情参数传递 给OGRE,渲染生成实时人脸表情动画。实验结果表明该技术方案可行,实时表情动画效果达 到实际应用水平,相比于现有其他表情动画技术,系统采用通用的Kinect 设备,成本更大众化 且更容易进行操作。     

基于梯形阴影映射技术的平截头体交汇算法

阴影映射是在三维计算机图形中加入阴影的过程,在三维动画中有广泛的应用,但该算法容易产生走样,使用一种基于梯形阴影映射的平截头体交汇算法,对阴影映射进行了反走样处理。实验表明,该方法对于阴影映射分辨率和它们之间平滑过渡的总体能够有很好的把握和控制,能够生成高质量的阴影。     

结合区域配对的室外阴影检测

目的 针对现有大多数阴影检测算法在检测细长阴影、自阴影、区分阴影与暗色像素等方面的不足,提出一种新的结合区域配对的阴影检测算法.方法 首先通过均值漂移算法和canny检测算法,分割图像得到每个独立的区域;然后从每个区域中提取纹理和亮度建立单个区域的阴影模型,再从区域对中提取纹理直方图的距离、颜色比(分别在RGB和Lab空间下)以及HSI空间下H和I两通道的比值等特征建立区域对的阴影模型;最后根据上述两个模型运用图割理论检测阴影.结果 实验结果表明,本文算法在阴影检测上的准确率高达85.2%,远高于其他算法,检测速度也比其他算法快34%左右.该算法不仅能有效地检测细长阴影和自阴影,还能较好地区分阴影与暗色像素.结论 提出了一种新的阴影检测算法,通过区域配对的方法实时处理单幅室外图像.实验结果表明,该算法在检测细长阴影、自阴影以及区分阴影与暗色像素等方面有良好的效果.     

软阴影算法及实现

提出了一个实时软阴影算法。首先以光源为视点生成包含场景深度信息的“阴影映射图”,然后从观察者视点将场景渲染到一个屏幕纹理缓冲中,进而对此纹理采用percentage closer filtering (PCF)策略进行反走样,最后采用高斯滤波对阴影进行模糊处理。该算法不仅得到了较好的软阴影效果,并且也有较好的实时性,可适应实时动态变化场景的需求。     

数字电影在Authorware中的应用

介绍了Authorware中如何对数字化电影进行播放、停止、暂停、快进、后退等操作加以控制的两种方法。利用按钮,实现对数字电影动态播放控制,大大增强了对数字电影动画控制的方便性,提高了交互性,以实例制作方式详细介绍了这种方法的实现过程。