[發明專利]植物動畫合成方法

有效

• 申請號: 201110209398.6
• 申請日: 2011-07-25
• 公開（公告）號: CN102289836A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 肖伯祥;郭新宇;趙春江;溫維亮;陸聲鏈
• 申請（專利權）人: 北京農業信息技術研究中心
• 主分類號: G06T13/60
• 分類號: G06T13/60
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及計算機圖形學技術領域，特別涉及一種植物動畫合成方法。

背景技術

進入二十一世紀以來，植物對象的三維形態動態虛擬仿真和真實感動畫合成在計算機圖形學、虛擬現實、教育、游戲娛樂等許多領域得到廣泛的應用，植物對象的三維動態模擬和動畫合成已經發展成為一個熱點問題。

隨著現代文化創意產業的快速發展，植物的虛擬動畫合成扮演著越來越重要的角色的，成為游戲娛樂、虛擬展示、園藝景觀設計等典型應用中不可或缺的重要組成部分，對植物虛擬建模方法、動態過程模擬方法以及動畫合成方法產生了巨大需求。此外，在現代農業信息化領域，新興的虛擬現實技術也越來越多地得到應用，虛擬農業中面臨著如何對農林植物(包括農業大田作物和園藝植物對象)的虛擬建模和模擬動態生長過程的問題。因此，實現準確有效的植物對象的虛擬建模，動畫合成與動態仿真方法不僅可以拓展計算機圖形學領域植物建模的研究內容，還能為農業科研領域提供直觀的交互性操作與觀察平臺，對于推動現代農業信息化發展有著巨大的作用。

近年來，面向植物對象虛擬建模的研究引起了研究者較大的興趣，關于植物對象靜態真實感建模的研究已取得了較大成果。然而，隨著信息技術的快速發展，現實應用領域中對高精度、高真實感植物動畫提出了進一步的要求，由于植物本身所具有的復雜形態結構，特別針對難以參數化表示的復雜結構，真實感植物動畫合成問題仍然沒有有效的解決方法，這在很大程度上限制了植物對象參數化、可視化的發展。因此，針對復雜的植物對象，設計實現精確、有效地且真實感較強地動畫合成方法，并開發實用工具具有重要的實際意義和廣闊的應用前景。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何對植物對象實現精確、有效地且真實感較強地動畫合成方法。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種植物動畫合成方法，包括以下步驟：

S1：提取待建模植物的整體靜態虛擬模型的三維空間骨架曲線，所述骨架曲線為所述靜態虛擬模型的幾何中心線；

S2：在連續的運動捕捉時間序列內，根據待建模植物上設置的運動捕捉特征點捕捉所述待建模植物的運動，并記錄捕捉到的運動數據幀；

S3：逐幀計算所述數據幀中的特征點所發生的位置偏移量，計算所述骨架曲線上與所述特征點對應的標記點的偏移量，并重建偏移后的骨架曲線；

S4：根據偏移后的骨架曲線生成待建模植物的偏移后的虛擬模型，以合成動畫。

其中，所述步驟S1具體包括：

S1.1：根據所述待建模植物的器官提取器官骨架曲線；

S1.2：拼接所述器官骨架曲線，建立整個植物的骨架曲線。

其中，所述步驟S2中捕捉所述待建模植物的運動的方式為：

所述特征點將運動捕捉設備周圍發光裝置發出的紅外線反射進運動捕捉設備的攝像頭，以使所述運動捕捉設備記錄捕捉到的運動數據幀，所述特征點是由紅外敏感的反光貼和輕質半球形墊片組成，反光貼完全覆蓋墊片，并粘貼在植物體表面，從而形成半球形凸起的紅外敏感的反光標記。

其中，所述半球形墊片半徑為1～2毫米。

其中，所述步驟S3具體包括：

S3.1：讀取記錄的一幀運動數據幀；

S3.2：根據所述運動數據幀中特征點所發生的位置偏移量計算所述骨架曲線上與所述特征點對應的標記點的偏移量，以確定所述標記點的位置；

S3.3：根據所述標記點進行曲線插值生成偏移后的骨架曲線；

S3.4：重復執行步驟S3.1～S3.3，得到若干運動數據幀對應的偏移后的骨架曲線。

其中，所述步驟S3.3中曲線插值的方式為B樣條曲線插值，首先以所述標記點作為型值點計算控制點V_i，然后根據求得的控制點V_i計算曲線上的插值點P，其插值公式如下所示：