A path browser for exploratory motion assembly

We present an interactive method for creating animation sequences of characters based on captured motion data in an exploratory way as in assembling construction toys. The key component of our method is a path browser that can retrieve and visualize paths as diverse as possible connecting a given pair of initial and final motion fragments instantiated in the space. With the aid of our path browser, the user can develop large‐scale assembly of motions gradually through iterations of arranging and putting together motion fragments. For the efficient retrieval of connecting paths, we use a bidirectional search tree that grows from the initial and final configurations simultaneously under the guidance of a mixed strategy for both global exploration and local optimization. The usefulness of our approach is demonstrated through experiments with a variety of motion data including box moving, basketball, and breakdance data. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

人体运动路径的编辑算法

对现有的路径编辑方法进行了较大改进,将运动自动简化技术引入到传统的时空优化方法中,同时将物理约束引入到传统的路径变换方法,保证了优化过程的快速收敛和结果运动的物理真实性.算法框架包括模型简化、运动简化、路径编辑、运动合成和运动复原等5个部分.实验结果表明,该算法能够将人体运动从原始路径上成功地映射到新路径上.     

基于人体运动规律的运动融合技术

介绍了一种不需要人工干预的运动融合方法,提出了基于关节运动规律的运动周期判别方法。通过分析运动捕获数据,计算双膝与臀部节点连线夹角的变化来确定运动周期,然后再进行时空变形、插值与约束重建,从而生成高质量的运动融合动画。实验结果表明本算法能够准确的计算出运动周期,并且使约束后的融合动作更加真实。     

一种改进的运动路径编辑方法

介绍了运动路径编辑方法,提出了保持足部位置运动速率不变的算法来解决其中出现的脚步滑动现象。该算法中,使用了基于约束的技术。首先,逐帧求出原始运动数据的足部位置,作为初始约束条件,当运动路径变化后,依据足部位置运动速率不变的原则,自动更新约束条件,减少了以往方法中的人工干预过程;然后,采用按帧编辑的实时逆向运动学算法求解约束条件。实验结果表明此算法有效地解决了脚步滑动现象。     

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.     

基于运动图的路径编辑技术

改进了过渡运动的生成算法和路径搜索算法,提出了一种基于运动图的路径编辑的新方法。其中,针对过渡运动的构造,通过最小化融合帧之间的平均帧间距来自动确定用于运动融合的运动片段,并提出了改进动态时间变形(EDTW)算法来解决这一最优化问题;针对运动图上的路径搜索,提出了基于路径曲线所夹面积的目标函数并改进了分段搜索算法和剪枝策略。实验结果表明,该方法能够编辑生成与用户指定路径高度匹配的人物运动。     

运动捕捉数据中足迹的谱聚类检测方法

目的 从运动捕捉数据中直接检测足迹非常困难。目前,已有的方法不能在无人工交互条件下实现对任意平地运动数据的足迹自动检测,为此提出一种基于谱聚类的足迹自动检测方法,可应用于任意角色的平地运动。方法 首先,提取角色的脚部运动特征并表示为样本。然后,分析样本模长的变化规律并自适应计算谱聚类参数。最后,使用谱聚类方法检测出足迹帧。结果 实验应用于混合运动数据集后,足迹检测的准确性良好,检测的整体准确率可达98.72%。结论 对实验结果的分析以及与基准线法的比较,证明了本文方法的普适性和有效性。     

Neural reactive path planning with Riemannian motion policies for robotic silicone sealing

Due to its excellent chemical and mechanical properties, silicone sealing has been widely used in many industries. Currently, the majority of these sealing tasks are performed by human workers. Hence, they are susceptible to labor shortage problems. The use of vision-guided robotic systems is a feasible alternative to automate these types of repetitive and tedious manipulation tasks. In this paper, we present the development of a new method to automate silicone sealing with robotic manipulators. To this end, we propose a novel neural path planning framework that leverages fractional-order differentiation for robust seam detection with vision and a Riemannian motion policy for effectively learning the manipulation of a sealing gun. Optimal control commands can be computed analytically by designing a deep neural network that predicts the acceleration and associated Riemannian metric of the sealing gun from feedback signals. The performance of our new methodology is experimentally validated with a robotic platform conducting multiple silicone sealing tasks in unstructured situations. The reported results demonstrate that compared with directly predicting the control commands, our neural path planner achieves a more generalizable performance on unseen workpieces and is more robust to human/environment disturbances.     

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。     

Walk the talk: coordinating gesture with locomotion for conversational characters

Communicative behaviors are a very important aspect of human behavior and deserve special attention when simulating groups and crowds of virtual pedestrians. Previous approaches have tended to focus on generating believable gestures for individual characters and talker‐listener behaviors for static groups. In this paper, we consider the problem of creating rich and varied conversational behaviors for data‐driven animation of walking and jogging characters. We captured ground truth data of participants conversing in pairs while walking and jogging. Our stylized splicing method takes as input a motion captured standing gesture performance and a set of looped full body locomotion clips. Guided by the ground truth metrics, we perform stylized splicing and synchronization of gesture with locomotion to produce natural conversations of characters in motion. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

3维人体运动编辑与合成技术综述

为了使人们对3维人体运动编辑与合成技术有个概略了解,对当前3维人体运动编辑和合成技术的研究现状进行了系统阐述。首先对4大类3维人体运动合成方法进行了分析比较;然后按照运动捕获数据的表示方法、运动编辑技术、运动合成技术3个方面着重分析了运动捕获数据驱动的运动合成方法的发展现状;最后对目前3维人体运动编辑与合成技术研究中的难点问题及未来研究重点进行了展望。     

Constraint-based motion adaptation

Today's computer animators have access to many systems and techniques to author high-quality motion. Unfortunately, available techniques typically produce a particular motion for a specific character. In this paper we present a constraint-based approach to adapt previously created motions to new situations and characters. We combine constraint methods that compute changes to motion to meet specified needs with motion signal processing methods that modify signals yet preserve desired properties of the original motion. The combination allows the adaptation of motions to meet new goals while retaining much of the motion's original quality. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于计算机视觉的人运动捕获综述

人体运动的捕获是计算机视觉领域的热点之一,它是指从大范围上从图像序列中提取并描述人体轮廓的运动,然后对其进行跟踪识别。介绍了运动捕获的潜在应用,从初始化、检测、跟踪、姿态评估、识别5个方面分析了有关运动捕获的分类及研究现状,最后简要探讨了该领域面临的难点问题及发展趋势。     

Computer animation of human walking: a survey

This paper surveys the set of techniques developed in computer graphics for animating human walking. First we focus on the evolution from purely kinematic ‘knowledge‐based’ methods to approaches that incorporate dynamic constraints or use dynamic simulations to generate motion. Then we review the recent advances in motion editing that enable the control of complex animations by interactively blending and tuning synthetic or captured motions. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

A gradient-based path optimization method for motion planning

Most algorithms in probabilistic sampling-based path planning compute collision-free paths made of straight line segments lying in the configuration space. Due to the randomness of sampling, the paths make detours that need to be optimized. The contribution of this paper is to propose a basic gradient-based algorithm that transforms a polygonal collision-free path into a shorter one. While requiring only collision checking, and not any time-consuming obstacle distance computation nor geometry simplification, we constrain only part of the configuration variables that may cause a collision, and not entire configurations. Thus, parasite motions that are not useful for the problem resolution are reduced without any assumption. Experimental results include navigation and manipulation tasks, eg a manipulator arm-filling boxes and a PR2 robot working in a kitchen environment. Comparisons with a random shortcut optimizer and a partial shortcut have also been studied.     

基于Dubins路径的无人艇运动规划算法

针对无人艇运动规划问题,通过Dubins路径的理论分析,提出一种利用纯粹几何方法的Dubins路径计算方法。该方法中没有出现解方程组的运算,而是首先根据无人艇运动状态计算转向圆,然后利用几何方法计算转向圆间的公切线,最后通过公切线连接得到Dubins路径。通过5组仿真实验验证了所提方法的有效性。前4组仿真实验分别设计了计算Dubins路径过程中可能出现的各种情形,以验证算法适用于多种情况的Dubins路径计算。最后一组仿真实验用于无人艇的路径规划及运动状态调整,仿真结果表明,基于Dubins路径的无人艇运动规划算法是可行的。     

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。     

运动路径驱动的角色动画合成方法

为了给虚拟角色合成出逼真的大范围运动数据,提出一种为特定运动路径配上自然多样的人体运动数据的方法.该方法将待匹配运动路径分割为一系列短小的运动路径片断,并在一个结构化的运动状态机上逐片断地寻找最为匹配的运动序列;然后将这些运动序列依次连接起来,得到一段连续的、满足运动路径约束的人体运动数据.用户还可以交互式地设计运动路径上一个路径片断的运动类型.该方法适用于待匹配运动路径运动范围大、对多条运动路径同时计算匹配运动、多条运动路径之间交叉频繁的情景.     

人体运动捕获数据的重用技术综述

人体运动捕获数据作为一种新型的多媒体数据,因其高度的逼真性,已经在多个领域得到了广泛的应用。但运动捕获设备的高昂价格导致运动捕获数据使用的成本过高,所以运动重用技术就成为解决这一问题的有效手段。可是运动捕获数据复杂的结构和特性给运动重用带来了很大的挑战,尽管已经过多年的研究,但仍然有很多尚未解决的问题,需要研究人员更多的关注和研究投入。本文针对运动重用过程中各个环节的重要技术,从研究的意义、问题的难点、现有方法思路及使用的模型等多个角度进行了介绍,并针对一些具有代表性的方法做了较为详细的描述。最后总结了现有运动捕获数据重用技术的研究进展,展望了未来的发展趋势。本文旨在引起人们对该领域的深入思考,并为以后的研究提供有价值的参考。