基于二维隐曲线的动作补间新算法

参数曲线广泛应用于计算机动画,隐曲线在计算机动画中的应用也越来越受到重视.主要研究了二维隐曲线在动作补间技术中的应用,提出了一种新的二维隐曲线动作补间算法-速度插值算法.在算法中,隐曲线用于指定动画对象的运动路径.速度曲线用于描述动画对象的速度与时间关系,结合运动路径和运动速度,速度插值技术用来生成与速度相关的插值序列.同时,在Matlab中实现了算法.仿真结果表明,按算法生成的动作补间动画自然逼真,且算法具有交互性好、真实感强、普遍性高、稳定性高等特点.     

基于Hermite样条曲线的关键帧插值角色动画

针对角色关键帧动画中的运动平滑性问题,以基于运动捕获数据的角色动画为基础,提出以Hermite样条曲线为基本算法结合四元数球面线性插值算法的方法,对虚拟人体骨骼运动的动画关键帧进行插值,实现虚拟人体角色的动作平滑过渡。经实验证明,本方法实现简单高效,获得的关键帧动画平滑流畅,可广泛用于人体类角色动画的研究。     

具有边界约束的多重形状变形方法

推广了基于内在形状插值的多边形渐变算法,提出了具有边界约束的多重形状变形方法.基于内在形状插值是公认的对2D形状插值具有良好效果,但是该算法仅适合于闭多边形的插值,不适合曲线形状的插值.通过在约束方程中引进边界控制条件得到适合一般曲线形状的插值算法,并利用具有指定边界约束的变换和形状插值器的构造,使该算法适合具有任意指定边界的多重2D曲线形状的混合变形.实验表明该算的视觉效果良好,可直接用于角色动画设计系统.     

四元数样条插值的人体运动数据重构

为了得到平滑的人体动画,提出一种基于四元数的样条插值算法,利用提取的关键帧实现人体运动序列的有效重构。为减少重构误差、加快收敛速度,将已知关键帧集合作为初始条件,通过迭代算法求出样条曲线的控制点集合。利用样条曲线控制点计算贝塞尔曲线控制点,构造贝塞尔样条曲线段,将各段贝塞尔样条曲线段组合,构造一条基于四元数的样条曲线。根据德卡斯特里奥（de Casteljau）算法插值重构人体运动。实验结果表明,该算法在保证执行效率的同时,可得到光滑的插值结果,实现满足视觉要求的人体运动重构。     

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.     

面向三维动画自动生成的路径规划

全过程计算机辅助自动生成动画技术由中科院陆汝钤院士于上世纪90年代提出,这一技术的目标是将适当的故事以受限自然语言的方式输入计算机,由开始一直到动画的生成,每一步都是在计算机的辅助下完成.在动画生成过程中,如何规划运动对象路径是影响动画效果的重要因素.为此,提出基于动画场景规划信息的路径规划方法,该方法通过预定义的路径定性规划语言PADL描述规划需求,然后通过利用扩展的A*算法规划路径并生成路径定量规划语言PCAL描述的路径,最后采用运动图方法合成路径运动动画.实验表明,该方法能有效地自动生成符合指定要求的路径动画.     

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。     

基于球B样条的3D人物角色建模与动画

提出一种新的人物角色的快速建模和动画的方法.通过使用球B样条实现以骨架为基础自动构建角色模型以及数据驱动的角色动画生成方法.给定人物角色骨架后,依据人体测量学根据骨骼长度计算出关节点处的半径.通过插值关节点以及半径生成球B样条曲线曲面表示的角色模型.根据所获取的运动数据(来自运动捕获),通过更新控制顶点来更新角色模型,从而实现角色的实时动画.     

基于内在插值的多重形状渐变方法

推广了基于内在形状插值的多边形渐变算法,提出了具有边界约束的多重形状变形方法.通过在约束方程中引进边界控制条件得到适合一般曲线形状的插值算法,并利用具有指定边界约束的变换和形状插值器的构造,使该算法适合具有任意指定边界的多重曲线形状的混合变形,并给出了3D曲线形状边界约束的最优方程.通过2D形状渐变实验表明该算法的视觉效果良好.     

圆弧路径法，一种新的多边形变形方法

二维形状变形技术在二维角色动画、模式匹配、几何造型、虚拟现实、工业模拟、科学计算可视化等领域有着重要的应用。本文提出了一种顶点路径圆弧法的二维形状变形新方法。该算法通过控制关键帧多边形顶点按照一条特殊的圆弧曲线路径进行运动，实现二维形状变形。通过许多实例的测试表明，该算法效果良好：不仅可以保持首末关键帧形状的共同特征，而且中间插值形状变化自然平滑。同时，我们的方法易于用户交互控制；容易推广到高维情形；计算量较小、能达到系统实时的要求。     

An algorithm for the interpolation of hybrid curves

Real time tool path generation consists of off-line design and real time interpolation of tool paths. An hybrid curve is the intersection of a parametric surface and an implicit surface. Previous work in tool path interpolation focused mainly in the interpolation of parametric curves. Tool paths designed by drive surface methods are hybrid curves which, in general, cannot be represented as parametric curves. An algorithm for the interpolation of hybrid curves is proposed in this paper. The algorithm is based on interpolation of the projection of the hybrid curve into the parametric domain. Each increment involves a second-order interpolation step augmented by iterative error reduction.Simulations of hybrid curve interpolation have been carried out. They are based on practical surfaces represented as NURB surfaces and implicit surfaces including a plane, a cylinder and a high order algebraic surface. They demonstrate that under typical machining conditions, interpolation error is well within the accuracy requirements of typical machining and that the use of one iteration error reduction can significantly reduce the path deviation. These show that the proposed algorithm is potentially useful for tool path interpolation for the machining of parametric surfaces.     

体感交互虚拟漫游的沉浸感评价

沉浸感是虚拟漫游的重要特征,目前体感交互的虚拟漫游存在严重的感知失真问 题,虚拟场景运动的视觉感知与人机交互的体感感知不能相互匹配,破坏了虚拟漫游的沉浸感。 基于Catmull-Rom 曲线的非等距插值算法、等距插值算法和实时插值算法,分别构建3 种不同 的虚拟漫游路径,评价体感交互虚拟漫游的沉浸感。主观评价实验和仿真实验的结果表明： Catmull-Rom 曲线的非等距插值漫游路径,无论是匀速漫游还是变速漫游,均存在明显的感知 失真现象;基于Catmull-Rom 曲线的等距插值漫游路径适用于匀速漫游,但不太适合用于变速 漫游;基于Catmull-Rom 曲线的实时插值漫游路径能实现真实运动速度与场景运动速度的匹配, 较好地解决虚拟漫游时视觉感知与身体运动感知不一致的问题,增强了虚拟漫游的沉浸感。     

基于流体动力学的火焰实时绘制技术

为了实时有效地渲染真实的火焰,引入了基于流体动力学的气体建模方法和分形插值技术,在粗网格下采用半拉格朗日方法和隐式差分格式,直接求取火焰的纳威-斯托克斯方程,这种数值解法在粗糙网格、大的时间步下也能无条件稳定,能达到实时渲染的目的。在细网格下,为了渲染湍流火焰,采用分形插值的方法,增强湍流火焰的边缘细节。实验结果表明：该方法实现简单,仿真速度快,显示的动画效果真实,并且是元条件稳定的。     

Linear and angular feedrate interpolation for planar implicit curves

In multi-axis CNC machining, a cutting tool combines translation and rotational movements with respect to a workpiece. This entails CNC interpolation to take angular feedrates defining the speed of the rotational movement into account, while current interpolations are overwhelmingly based on linear feedrates defining the speed of the translation movement. This paper considers linear and angular feedrate interpolations of 2D tool paths for multi-axis machining. A 2D tool path is identified by a position curve assumed to be a 2D implicit curve and a tool orientation curve based on the implicit curve. The paper will relate the angular feedrate to the linear feedrate along the tool paths. The result is then used to develop the angular feedrate interpolation from the linear feedrate interpolation. Detailed interpolation schemes for such hybrid feedrates as a constant linear feedrate with constrained angular feedrate (CLCA) and a constant angular feedrate with constrained linear feedrate (CACL) have further been constructed. A corrected interpolation scheme is further present to augment the initial interpolation. Example interpolations including a quadric curve, the nodal cubic and a quartic curve are carried out to illustrate the feasibility and effectiveness of the proposed approach.     

C3连续的单位四元数插值样条曲线

目的 构造一类C³连续的单位四元数插值样条曲线,证明它的插值性和连续性,并把它应用于刚体关键帧动画设计中。方法 利用R³空间中插值样条曲线的5次多项式调配函数的累和形式构造了S³空间中单位四元数插值样条曲线,它不仅能精确通过一系列给定的方向,而且能生成C³连续的朝向曲线。结果 与Nielson的单位四元数均匀B样条插值曲线的迭代构造方法相比,所提方法避免了为获取四元数B样条曲线控制顶点对非线性方程组迭代求解的过程,提高了运算效率;与单位四元数代数三角混合插值样条曲线的构造方法（Su方法）相比,所提方法只用到多项式基,运算速度更快。本例中创建关键帧动画所需的时间与Nielson方法和Su方法相比平均下降了73%和33%。而且,相比前两种方法,所提方法产生的四元数曲线连续性更高,由C²连续提高到C³连续,这意味着动画中刚体的朝向变化更加自然。结论 仿真结果表明,本文方法对刚体关键帧动画设计是有效的,对实时性和流畅性要求高的动画设计场合尤为适用。     

Isophote interpolation

The isophote is an important class of characteristic curves on a parametric surface. Accordingly, as a kind of feature based path generation method, isophote based tool paths has been proposed as an important path pattern for parametric surface machining. In this paper, an approach has been proposed for the isophote interpolation on a parametric surface. The paper has related the arc-length derivatives to time derivatives of parameters along the isophote. The results are then used to derive the parametric interpolation. The isophote curve interpolation is developed based on parametric interpolation. The proposed interpolation guarantees that interpolated points always stay on the parametric surface. An improvement interpolation has been presented to alleviate inclination errors and point deviation from the isophote. Simulations of isophote interpolation have been carried out to verify the effectiveness of the proposed algorithm. The proposed algorithm has applications in real time tool path interpolation for the machining of parametric surfaces.     

高速高精度运动控制算法的研究与应用

为解决裁床运动控制系统在加工不规则轨迹曲线中存在的插补精度低,效率不高的问题,提出了基于改进BP神经网络B样条曲线插补算法的研究与设计。该算法通过加入动量因子改进BP神经网络离线训练B样条曲线,利用负反馈校正输出预测插补点,避免了BP神经网络插补器自身带来的偏差。同时根据加工曲线曲率半径的变化完成对速度的前瞻规划,实现了加工在拐角处的高速过渡。最后在Matlab上进行了算法仿真并在实验平台上进行了测试,实验结果表明本文提出的裁床运动控制算法能够高效高精度的完成材料切割。     

NURBS曲线实时插补中的速度规划算法

大多数现有的NURBS曲线实时插补算法并未考虑速度方向的变化给各运动轴带来的影响,这会导致加工过程中单轴速度的剧烈变化.提出一种能保证各运动轴平稳运行的速度规划算法,它在满足精度要求的前提下,通过控制切向加速度和加加速度进行速度平滑,并根据各运动轴的当前速度和机床的实际性能再次调节进给速度,保证了机床的平稳运行.模拟实验证实了该算法的有效性.