基于特征技术的三维角色动画

为了将动画师从底层繁重的重复性劳动中解放出来,提高动画创作的生产效率,计算机动画的研究开始专注于如何管理、重用已有的运动捕获数据,在此平台上构建高层控制,开发智能化的三维角色动画。本文的工作就是探索运动捕获数据自动处理与重用方法,并在此基础上构建高层的特征技术,实现智能化方便动画师创作．以提高动画创作的生产率。本文提出了运动数据特征化、风格化运动编辑与合成等技术,描绘了一个基于特征的三维动画制作流程。     

基于人体自然比例特征的参数化骨架建模方法

关节角色动画一般是由角色的骨架模型控制运动,人物角色动画作为关节动画领域热门研究方向之一,广泛应用于计算机动画,人体运动分析,人机工程,运动捕捉以及计算机视觉等领域。人体骨架的各部分长度具有一定的自然比例特点。因此,我们提出了一种基于人物骨架长度比例特点的人物角色建模方法,通过研究人体各部分骨架长度的比例特点,将骨架模型参数化,并最终建立满足运动捕捉数据的层次骨架模型。实验表明,该文提出的方法可以快速的获得标准的人体骨架模型,方便于角色动画的建立,参数化的骨架也使我们能够获得不同人物特征的骨架模型,满足于不同领域的需要。     

基于视频的角色动画

现有的计算机动画制作普遍存在投资大、效率不高等缺陷.为此,提出了利用计算机视觉技术中的一种基于特征的跟踪方法-KL(Kanade-Lucas)算法.首先捕获视频中角色的二维运动信息,然后进行三维重建生成满足动画要求的三维角色运动序列,最后将三维角色运动序列重定向到动画模型中去,从而得到逼真的角色动画.实际运行结果表明,从来源广、成本低的视频中完成角色运动提取与合成,从而生成逼真动画的可行性.     

三维人体运动特征可视化与交互式运动分割

为了从运动序列中提取不同类型的运动片段进行人体动画创作,提出一种三维人体运动数据可视化与交互式分割技术.首先,采用人体各主要骨骼夹角作为对原始运动数据的几何特征表示,并提出一种启发式方法自动检测其潜在分割点,最后将提取的运动特征可视化并使用可交互用户界面对其进行精确分割.实验结果表明。该特征表示及交互式分割方法能够更加方便、准确、高效地对包含多种类型的长序列三维人体运动数据进行分割.     

基于运动捕获数据的虚拟人动画研究

随着三维游戏等行业对计算机动画制作需求的增加,在三维动画制作软件中人工调整虚拟人动作的工作方式已经不再适合现在的计算机动画制作。运动捕获技术是直接记录物体的运动数据并将其用于生成计算机动画,具有高效率、所生成的动画真实感强等优点,因而获得了广泛应用。提出了一种利用运动捕获数据来生成动画的方法,基于运动捕获得到的数据建立并驱动三维骨架模型,从而产生骨架的运动,形成动画。该方法可以充分利用现有的大量运动捕获数据,因此具有较大的应用前景。     

基于视频的人体动画

现有的基于运动捕获的动画普遍存在投资大，人体的运动受到捕获设备限制等缺陷。提出了新的基于视频的人体动画技术，首先从视频中捕获人体运动，然后将编辑处理后的运动重定向到动画角色，产生满足动画师要求的动画片段。对其中的运动捕获、运动编辑和运动重定向等关键技术进行了深入研究，并基于这些关键技术开发了一个基于双像机的视频动画系统（VBHA），系统运行结果表明了从来源广、成本低的视频中捕获运动，并经过运动编辑和运动重定向后生成逼真动画的可行性。     

基于多自主智能体的群体动画创作

群体动画一直是计算机动画界一个具有挑战性的研究方向，提出了一个基于多自主智能体的群体动画创作框架：群体中的各角色作为自主智能体，能感知环境信息，产生意图，规划行为，最后通过运动系统产生运动来完成行为和实现意图，与传统的角色运动生成机理不同，首先采用运动捕获系统建立基本运动库，然后通过运动编辑技术对基本运动进行处理以最终得到角色运动，应用本技术，动画师只需“拍摄”角色群体的运动就能创作群体动画，极大地提高了制作效率。     

多角色与虚拟场景的运动融合

在基于运动捕获的计算机动画中,已提出的各种运动编辑的方法大都针对单个角色运动进行处理,而且角色的运动多数是事先规划好的,缺乏对外界环境变化的响应能力.为了提高角色对环境的感知、响应能力以及角色间的自主协同能力,提出将多个结构化环境下捕获的单角色运动融合到同一个非结构化虚拟环境下的"运动融合"的新概念和方法,并根据运动决策、运动协调、运动求解和运动执行的体系结构对运动规划、多角色协同、离散运动模式决策和连续运动姿势生成等关键问题进行了深入研究.实验结果表明,提出的方法能够真正有效地实现同一场景下角色与场景协调的运动融合.动画角色的高自主性和运动捕获数据的高重用性使得提出的方法在计算机动画和游戏中具有普遍的应用价值.     

面向内容的三维人体运动检索技术研究综述

三维人体运动数据检索技术是计算机动画领域的研究热点,系统分析了当前基于内容的三维人体运动数据检索技术的研究现状。分析比较了基于运动数值特征、基于运动能量特征和基于语义信息特征三种运动数据的特征表示方法;从局部相似性度量和全局相似性判断两个角度阐述了运动相似性匹配算法;总结目前基于内容的人体运动数据检索技术中存在的问题,探讨了未来开展基于语义的检索技术所需的工作。     

三维人体模型构建

人体动画制作技术是计算机动画领域的研究热点和难点。在制作真实感人体动画时,除了要有真实的人体运动和灵活的运动控制方法外,还需要有逼真的人体造型和皮肤变形效果。本文给出计算机动画中的三维人体建模的一种算法,实现骨骼-皮肤动画,可以高效率创作出高度真实感的人体模型。     

三维角色动画制作关键技术分析

在综述三维角色动画制作的角色建模、骨骼创建、蒙皮绑定、运动控制等技术的基础上,详细介绍了当前三维角色动画制作中的关键技术—角色建模技术和运动控制技术,并对各种角色建模技术和各种运动控制技术分别进行了分析与对比,可为科学、合理选择和综合运用三维动画制作技术提供参考,以提高三维角色动画制作的效率和质量。     

Automatic expressive deformations for implying and stylizing motion

Three-dimensional computer animation often struggles to compete with the flexibility and expressiveness commonly found in traditional animation, particularly when rendered non-photorealistically. We present an animation tool that takes skeleton-driven 3D computer animations and generates expressive deformations to the character geometry. The technique is based upon the cartooning and animation concepts of “lines of action” and “lines of motion” and automatically infuses computer animations with some of the expressiveness displayed by traditional animation. Motion and pose-based expressive deformations are generated from the motion data and the character geometry is warped along each limb’s individual line of motion. The effect of this subtle, yet significant, warping is twofold: geometric inter-frame consistency is increased which helps create visually smoother animated sequences, and the warped geometry provides a novel solution to the problem of implied motion in non-photorealistic imagery. Object-space and image-space versions of the algorithm have been implemented and are presented.     

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。     

HandPuppet3D: Motion capture and analysis for character animation

Motion capture is a technique of digitally recording the movements of real entities, usually humans. It was originally developed as an analysis tool in biomechanics research, but has grown increasingly important as a source of motion data for computer animation. In this context it has been widely used for both cinema and video games. Hand motion capture and tracking in particular has received a lot of attention because of its critical role in the design of new Human Computer Interaction methods and gesture analysis. One of the main difficulties is the capture of human hand motion. This paper gives an overview of ongoing research “HandPuppet3D” being carried out in collaboration with an animation studio to employ computer vision techniques to develop a prototype desktop system and associated animation process that will allow an animator to control 3D character animation through the use of hand gestures. The eventual goal of the project is to support existing practice by providing a softer, more intuitive, user interface for the animator that improves the productivity of the animation workflow and the quality of the resulting animations. To help achieve this goal the focus has been placed on developing a prototype camera based desktop gesture capture system to capture hand gestures and interpret them in order to generate and control the animation of 3D character models. This will allow an animator to control 3D character animation through the capture and interpretation of hand gestures. Methods will be discussed for motion tracking and capture in 3D animation and in particular that of hand motion tracking and capture. HandPuppet3D aims to enable gesture capture with interpretation of the captured gestures and control of the target 3D animation software. This involves development and testing of a motion analysis system built from algorithms recently developed. We review current software and research methods available in this area and describe our current work.     

一种基于视频的人体动画骨架提取技术

人体动画是计算机动画中最具有挑战性的领域．针对传统人体动画技术的不足,提出了一种新技术来提取视频中的人体骨架,以应用于人体动画．对于任何视频流,该方法都能在图像序列中跟踪人体特征骨架,并建立了透视投影下的三维人体运动骨架序列,最终通过自动注释运动信息建立了可供动画师浏览、查询的运动信息库．这种方法具有素材来源丰富、计算量少、制作高效等特点,而且产生了人体运动非常真实,同时也将动画师从枯燥的工作中解     

A framework for interactive responsive animation

The availability of high‐performance 3D workstations has increased the range of application for interactive real‐time animation. In these applications the user can directly interact with the objects in the animation and direct the evolution of their motion, rather than simply watching a pre‐computed animation sequence. Interactive real‐time animation has fast‐growing applications in virtual reality, scientific visualization, medical training and distant learning. Traditional approaches to computer animation have been based on the animator having complete control over all aspects of the motion. In interactive animation the user can interact with any of the objects, which changes the current motion path or behaviour in real time. The objects in the animation must be capable of reacting to the user's actions and not simply replay a canned motion sequence. This paper presents a framework for interactive animation that allows the animator to specify the reactions of objects to events generated by other objects and the user. This framework is based on the concept of relations that describe how an object reacts to the influence of a dynamic environment. Each relation specifies one motion primitive triggered by either its enabling condition or the state of the environment. A collection of the relations is structured through several hierarchical layers to produce responsive behaviours and their variations. This framework is illustrated by several room‐based dancing examples that are modelled by relations. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

具有真实感的三维人脸动画

具有真实感的三维人脸模型的构造和动画是计算机图形学领域中一个重要的研究课题.如何在三维人脸模型上实时地模拟人脸的运动,产生具有真实感的人脸表情和动作,是其中的一个难点.提出一种实时的三维人脸动画方法,该方法将人脸模型划分成若干个运动相对独立的功能区,然后使用提出的基于加权狄里克利自由变形DFFD(Dirichlet free-form deformation)和刚体运动模拟的混合技术模拟功能区的运动.同时,通过交叉的运动控制点模拟功能区之间运动的相互影响.在该方法中,人脸模型的运动通过移动控制点来驱动.为了简化人脸模型的驱动,提出了基于MPEG-4中脸部动画参数FAP(facial animation parameters)流和基于肌肉模型的两种高层驱动方法.这两种方法不但具有较高的真实感,而且具有良好的计算性能,能实时模拟真实人脸的表情和动作.