群體動畫中行為控制方法研究.pdf

1、自然界中動物群體的集體運動非常神奇壯觀，引起人們想要在計算機中實現(xiàn)這些群體運動的興趣?；陉P(guān)鍵幀技術(shù)的計算機動畫首先由動畫師根據(jù)劇情繪制出動畫中的關(guān)鍵畫面，然后由動畫軟件根據(jù)補插規(guī)則將關(guān)鍵畫面之間的一系列畫面生成出來，最終生成動畫。對于傳統(tǒng)的手繪動畫，基于關(guān)鍵幀技術(shù)的計算機動畫無疑是個進步，但是它仍然存在一些缺陷，如需要消耗動畫師大量的勞動，動畫角色的行為缺乏自主性等等。群體動畫的出現(xiàn)將計算機動畫帶到一個新的高度。
　　群體動畫不

2、僅要求群體整體的運動協(xié)調(diào)一致，而且要求每個個體的運動也具有獨特性，因此為滿足這個要求需要對每個個體的運動行為進行控制。目前主要有自主行為控制方法和引導(dǎo)行為控制方法，自主行為控制方法主要通過控制個體的運動行為來控制群體整體的行為，而引導(dǎo)行為控制方法由用戶控制群體的宏觀運動行為，個體的行為在群體整體行為的引導(dǎo)下產(chǎn)生。
　　計算機動畫的人工生命方法是一種自主行為控制方法，該方法很好地克服了基于關(guān)鍵幀技術(shù)的計算機動畫制作方法存在的不足。但

3、是該方法需要為動畫角色構(gòu)建生物力學(xué)模型，而構(gòu)建生物力學(xué)模型不僅難度高而且運行時計算量大，因此該方法雖然可以使動畫角色的行為具有很高的自主性，制作出生動逼真的動畫，但是制作過程比較復(fù)雜。
　　微粒群優(yōu)化算法是根據(jù)鳥類的群體行為設(shè)計出的一種群體智能算法，主要用于求解優(yōu)化問題。微粒群中的每個微粒從初始解開始，在最優(yōu)解的引導(dǎo)下能夠找到很多的可能解，將微?？醋鬟\動個體，將可能解看作運動空間中的可行位置，那么微粒群優(yōu)化算法可以用于為群體運動中

4、的個體生成運動路徑。因為微粒群優(yōu)化算法容易實現(xiàn)并且計算速度快，所以用它控制群體的整體運動生成個體的運動路徑來制作群體動畫比較簡單。但是微粒群優(yōu)化算法中的微粒被看作是沒有質(zhì)量沒有體積的點，因此在將微粒換成有一定形狀大小的個體時個體之間難免會發(fā)生碰撞。
　　針對以上兩種行為控制方法存在的問題，本文對群體動畫中的行為控制方法進行研究，將自主行為和引導(dǎo)行為結(jié)合起來，提出一種混合行為控制方法。該方法在標準微粒群優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上加入碰撞檢測機

5、制以及碰撞避免措施，通過微粒群優(yōu)化算法控制群體的宏觀運動行為引導(dǎo)產(chǎn)生個體的運動行為，同時在碰撞檢測機制和碰撞避免措施的作用下，每個個體能夠自動地避開環(huán)境中的障礙物以及其它運動個體，具有一定的自主性，所以該方法不僅實現(xiàn)起來簡單而且還能使個體的運動自然逼真。
　　一般的碰撞檢測方法有時會出現(xiàn)個體穿透障礙物的現(xiàn)象，因此本文提出加入穿透檢測的碰撞檢測方法。一般的碰撞避免方法存在個體轉(zhuǎn)向過大的問題，因此本文提出沿切線方向運動的碰撞避免方法。

6、并且本文設(shè)計出群聚算法和跟隨領(lǐng)導(dǎo)者算法兩種具體的混合行為控制算法，在ACIS和HOOPS平臺上用C++編程實現(xiàn)對這兩種行為控制算法的模擬，并將模擬效果中較好的場景數(shù)據(jù)和路徑數(shù)據(jù)進行保存。為快速制作出大量的角色模型用于群體動畫中，本文提出基于遺傳算法的NURBS模型群體生成方法，由一個已做好的NURBS模型快速生成一群外觀類似但不完全相同的模型。最后利用生成的角色模型以及保存好的場景數(shù)據(jù)和路徑數(shù)據(jù)，在Maya中制作出群聚動畫和跟隨領(lǐng)導(dǎo)者動