人體動畫合成及其風(fēng)格化處理研究.pdf

1、人體動畫是計算機圖形學(xué)領(lǐng)域的重要組成部分，人們不僅希望合成真實的人體運動，而且想要創(chuàng)作具有豐富個性和情感表達能力的虛擬人。本文針對這一需求，對人體動畫合成及其風(fēng)格化處理技術(shù)展開了研究，提出了基于風(fēng)格子空間的運動編輯算法、數(shù)據(jù)驅(qū)動和逆運動學(xué)結(jié)合的風(fēng)格化運動合成技術(shù)以及基于流形學(xué)習(xí)的運動合成方法，并給出了一個能夠表達虛擬人個性和情感的動畫創(chuàng)作平臺。這些研究為動畫師提供了一套從運動編輯到行為編輯的角色創(chuàng)作工具，讓角色動畫的創(chuàng)作更加便捷。

2、>　　 在人體運動的風(fēng)格合成方面，本文提出了一種基于子空間模型的快速編輯算法。該方法使用了一種非監(jiān)督的機器學(xué)習(xí)技術(shù)--獨立特征子空間分析，它是多維獨立成分分析和不變特征子空間的結(jié)合。該技術(shù)可以將人體運動數(shù)據(jù)分解為若干獨立的子空間，并定義其中之一為風(fēng)格子空間。動畫師可以通過對提取出的若干風(fēng)格子空間進行操作，實現(xiàn)運動風(fēng)格的調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)移和合并。該方法的優(yōu)點是只需要一個運動數(shù)據(jù)對就可以訓(xùn)練出運動模型，簡便易用。實驗結(jié)果表明該方法對于循環(huán)運動如行

3、走、跑步等效果很好。
　　 為了在編輯運動風(fēng)格的同時還能夠讓運動滿足指定約束，本文又改進了上一章中的低維參數(shù)化運動模型，提出了一種使用優(yōu)化技術(shù)合成滿足約束的風(fēng)格化人體運動的方法。該方法使用鏈?zhǔn)椒▌t將高維雅可比和低維雅可比矩陣建立關(guān)聯(lián)，使得我們能夠在低維空間中求解逆運動學(xué)問題，并在風(fēng)格子空間中響應(yīng)用戶輸入的風(fēng)格參數(shù)，允許用戶在求解逆運動學(xué)的同時對風(fēng)格進行編輯。本文使用拳擊運動為例，展示了如何生成擊打某一指定目標(biāo)的各種平勾拳動畫。結(jié)

4、果證明該方法效率較高，能夠用于動畫的交互式編輯和與合成。
　　 然而當(dāng)約束增多時，線性降維方法很難得到滿意的結(jié)果，因此本文使用了一種結(jié)合黎曼流形和李群的流形學(xué)習(xí)技術(shù)--主測地線分析進行運動合成。該方法首先將運動數(shù)據(jù)投影至黎曼流形上的測地線，目的是尋找運動數(shù)據(jù)內(nèi)在的非線性流形嵌入，然后通過優(yōu)化技術(shù)來合成新的運動。該方法與前文中的線性子空間方法比較，有更好的泛化能力，能夠更好地刻畫運動數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，與其它流形學(xué)習(xí)方法相比又具有更加簡潔

5、的解析形式，計算速度快，更適用于運動數(shù)據(jù)合成。本文詳細介紹了使用該技術(shù)進行運動合成及風(fēng)格編輯操作的方法。
　　 最后，我們還開發(fā)了一個風(fēng)格化和情緒化虛擬人創(chuàng)作平臺。該平臺有兩個主要層次：底層是基于子空間運動模型的運動合成引擎，高層是一個結(jié)合行為和情感模型的個性化虛擬人動畫創(chuàng)作系統(tǒng)。該平臺通過一個高層語義和底層行為的映射關(guān)系整合了風(fēng)格化運動處理技術(shù)以及具有個性和情感的虛擬智能體合成技術(shù)，給動畫師提供一套富有表現(xiàn)力的角色動畫編輯工具