动态3维场景中多角色动画的交互式模拟研究

当前角色动画的合成大多是在预设的场景中,采用导入与角色骨骼模型匹配的运动捕获数据的方法,这就满足不了多种拓扑结构的骨骼模型和实时变化场景的需要。针对上述问题,提出重定向运动捕获数据到多个任意骨骼拓扑结构的算法,通过采用以实时3维动态寻径算法为基础的角色智能寻径模型,结合语音用户接口代替图形用户接口的方法,实现虚拟角色在动态3维场景中的真实感运动。实验结果表明,本方法可以合成流畅而逼真的,与环境实时交互的角色动画,提高了数据重用性,降低了动画合成成本,满足不同动态3维场景中动画合成的需要。     

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.     

基于运动捕获数据的运动LOD技术研究

通过运动捕获技术获得的动画具有高度的逼真性,但由于其数据量大,限制了虚拟场景中动画角色的数量,因此虚拟场景中角色简化的主要目的是在不影响视觉效果的基础上降低角色的渲染花费.将几何LOD思想引入角色运动,对运动LOD进行分类,提出利用关节点的旋转信道计算帧差距来生成和控制不同层次的运动LOD模型,分析不同运动行为选择LOD模型的标准,离散LOD模型和连续LOD模型都得到了很好的简化效果,运动LOD简化技术是提高渲染速度、增加角色数量的有效方法.     

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.     

基于信息图的多无人机三维协同搜索动目标方法

针对多无人机协同搜索区域内多运动目标问题,考虑传感器的探测概率与虚警概率、无人机的飞行与避撞约束和目标随机运动等特征,提出基于信息图的多无人机三维协同搜索方法.以无人机搜索的短期收益、长期收益和协调收益的平衡为核心,考虑无人机三维运动的特征,构建多无人机协同搜索的数学规划模型,并设计包含目标存在概率、环境不确定度、重访信息素和搜索增益4个因子的搜索信息图.基于滚动规划架构,整合新提出的剪枝方法进行模型的求解.在典型的协同搜索场景下,通过数值仿真验证所提方法的有效性.仿真结果表明,所提出的方法可以在秒级的时间内做出每架无人机的三维航迹决策,重访信息素和搜索增益因子可以引导无人机捕获更多的目标.对比仿真结果表明,所提出的方法可以在捕获更多目标的同时具有更少的误判次数,有效提升了多无人机协同搜索的任务效能.     

计算机视觉与机器学习技术在三维人体动画中的应用综述

近年来计算机视觉与机器学习技术广泛应用于三维人体动画领域中.基于图像/视频的人体运动数据获取技术、数字角色和场景建模、交互式角色动画控制与运动生成等方面都大量应用了计算机视觉技术;同时,机器学习理论在三维人体运动数据重用以及后期智能角色动画创作中扮演了越来越重要的角色,并得到一些很好的研究成果.文中以三维人体动画创作流程为主线对这些方法的基本思想和关键技术进行了归纳与分析,并讨论了三维人体动画制作技术的发展趋势.     

计算机角色动画制作中的可视媒体融合综述

近年来,计算机角色动画在虚拟现实、计算机游戏、动画生成、影视特技及运动仿真等多个领域得到广泛深入的应用,同时在数据上涉及到图像、视频、运动捕获数据、三维模型等可视媒体,已经成为一个多种可视媒体融合的研究领域．在计算机角色动画制作中,传统的仅仅利用单一可视媒体进行模型制作和动画生成的方法正在被基于多种可视媒体融合的方法所取代．文中从可视媒体融合的角度对现有的计算机角色动画研究进行综述,并依据可视媒体融合框架进行归纳和分类．     

基于时空约束的运动编辑和运动重定向

近年来兴起的运动捕获已成为人体动画中最有应用前景的技术之一，目前运动捕获手段很多，但是通常成本高，而且捕获到的运动类型比较单一，为了提高运动捕获数据的重用性，生成与复杂场景协调的多样的动画，必须对捕获的运动数据进行编辑和重定向处理，介绍了一种基于时空约束的运动编辑和运动重定向方法，通过规定一组时空约束条件，建立相应的目标函数，采用逆向运动学和数值优化方法求解出满足约束条件的运动姿势，实验结果表明，该方法可以生成多种满足不同场景婪泊逼真运动，提出了数据的重用性。     

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。     

一种基于传感器的人体上肢运动实时跟踪方法

实时跟踪人体运动是人机交互的重要研究课题,可以广泛应用于虚拟现实、虚拟人运动合成、聋人手语自动生成、计算机3D动画、机器人运动控制、远程人机交互等领域。文中介绍了一种基于传感器的人体上肢运动实时跟踪方法,给出了该方法的虚拟人模型、计算原理与校正方法,最后介绍了整个方法的实现以及在中国聋人手语自动合成中的应用。该方法具有使用传感器少,运动跟踪精度高、计算过程简单而且速度快等特点。     

基于动捕数据驱动的三维民族舞蹈展示方法

三维模型动画在数字化设计和应用中具有重要意义,受到越来越多研究者关注;但如何通过三维数字化原真再现民族舞蹈表演是极具挑战的问题.本论文通过动捕技术采集舞蹈动作实现舞蹈数字化展示.具体方法是:首先利用动捕设备捕获人体动作数据,然后在Maya中进行人物建模、骨骼绑定、蒙皮和权重调节,再通过MotionBuilder将3D模型与动捕数据结合,最终完成了现实舞蹈动作的虚拟人展演.论文构建了一个面向民族舞蹈展演的虚拟场景,并以13个民族的舞蹈为数字化内容,推广动捕驱动的舞蹈展演方法的应用.     

State of the Art in Example-Based Motion Synthesis for Virtual Characters in Interactive Applications

Animated virtual human characters are a common feature in interactive graphical applications, such as computer and video games, online virtual worlds and simulations. Due to dynamic nature of such applications, character animation must be responsive and controllable in addition to looking as realistic and natural as possible. Though procedural and physics-based animation provide a great amount of control over motion, they still look too unnatural to be of use in all but a few specific scenarios, which is why interactive applications nowadays still rely mainly on recorded and hand-crafted motion clips. The challenge faced by animation system designers is to dynamically synthesize new, controllable motion by concatenating short motion segments into sequences of different actions or by parametrically blending clips that correspond to different variants of the same logical action. In this article, we provide an overview of research in the field of example-based motion synthesis for interactive applications. We present methods for automated creation of supporting data structures for motion synthesis and describe how they can be employed at run-time to generate motion that accurately accomplishes tasks specified by the AI or human user.     

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。     

Interpolation synthesis of articulated figure motion

Most conventional media depend on engaging and appealing characters. Empty spaces and buildings would not fare well as television or movie programming, yet virtual reality usually offers up such spaces. The problem lies in the difficulty of creating computer generated characters that display real time, engaging interaction and realistic motion. Articulated figure motion for real time computer graphics offers one solution to this problem. A common approach stores a set of motions and lets you choose one particular motion at a time. The article describes a process that greatly expands the range of possible motions. Mixing motions selected from a database lets you create a new motion to exact specifications. The synthesized motion retains the original motions' subtle qualities, such as the realism of motion capture or the expressive, exaggerated qualities of artistic animation. Our method provides a new way to achieve inverse kinematics capability-for example, placing the hands or feet of an articulated figure in specific positions. It proves useful for both real time graphics and prerendered animation production. The method, called interpolation synthesis, is based on motion capture data and it provides real time character motion for interactive entertainment or avatars in virtual worlds     

网络化手势运动跟踪系统设计

设计了一种基于微机电惯性传感器的数据手套.根据惯性导航和刚体动力学原理,构建了基于微型传感器的体感网络,并通过多传感器数据的融合解算以获取运动姿态信息,实现对手指各关节运动数据的捕获.结合计算机图形技术构建三维虚拟手捕获系统进行性能对比评估,实验结果表明:所设计的系统具有良好的稳定性和适应性,能够对手运动信息进行实时有效地捕获.