[發(fā)明專利]一種面向異構(gòu)拓撲的角色運動重定向方法

有效

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• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102708582A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹躍;陳雷霆;張劍平;田瑞嬌;唐琛;趙帥;蔡洪斌;盧光輝;邱航
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06T13/40
• 分類號: G06T13/40
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 詹永斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機圖形和數(shù)字媒體娛樂技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向異構(gòu)拓撲的角色運動重定向方法。

背景技術(shù)

計算機動畫技術(shù)一般可以分為基于關(guān)鍵幀的動畫，基于運動學(xué)的動畫，基于物理模型的動畫和基于運動捕獲的動畫等幾大類。其中，基于捕獲數(shù)據(jù)的人體動畫技術(shù)具有比較突出的優(yōu)勢。因為由于人物的運動模型非常復(fù)雜，包括上百個自由度，所以創(chuàng)建一個真實的和完全的運動模型，是非常困難的，采用捕獲設(shè)備來獲取并記錄真實的運動軌跡則成為一種現(xiàn)實的選擇。為了獲得逼真的效果，可以通過捕獲一個真實的原始角色運動作為原型，這樣可以避免創(chuàng)建物理模型的困難。

基于運動捕獲的動畫技術(shù)，借助于專門的捕獲設(shè)備直接獲取演員的真實運動，然后將運動數(shù)據(jù)映射到動畫角色上。和傳統(tǒng)的動畫制作方法相比，該方法能夠使得角色的動作效果更加逼真、自然，并且動畫制作所需的工作量、工作難度和工作強度大大降低。由于上述優(yōu)點，結(jié)合運動捕獲的動畫技術(shù)現(xiàn)已成為計算機動畫領(lǐng)域最具活力的方法。

利用運動編輯技術(shù)對通過運動捕獲設(shè)備采集的動作數(shù)據(jù)進行修改，再用這些動作數(shù)據(jù)來驅(qū)動動畫角色模型的運動，制作出逼真的動畫，這就是運動重定向技術(shù)。而運動捕獲數(shù)據(jù)針對的是特定的人或物，面對的是特定的場景，運動重定向技術(shù)可以按照動畫師的要求，編輯和重用運動捕獲數(shù)據(jù)，降低成本，制作出具有逼真和復(fù)雜動作效果的虛擬角色。運動重定向技術(shù)以重定向后動作的真實感為目標(biāo)，致力于研究具有普遍適用性的重定向技術(shù)，提高動作的重用率，同時保持動作的逼真性。目前對運動重定向技術(shù)的研究主要集中在具有相同骨骼拓撲結(jié)構(gòu)中，主要關(guān)注的是重定向結(jié)果的真實性與實時性，因此對具有相異骨骼拓撲結(jié)構(gòu)的重定向研究就顯得十分必要了。對姿態(tài)各異，骨骼拓撲結(jié)構(gòu)各不相同的運動重定向研究可以進一步降低動畫制作的成本，大幅度提高動作數(shù)據(jù)的重用率，有利于促進計算機動畫和計算機角色類游戲的發(fā)展，也將給觀眾和玩家?guī)砀诱鎸嵑驼鸷车囊曈X效果。

通過運動捕獲儀器從特定的人或者動物身上捕獲的動作數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)重定向到具有不同的關(guān)節(jié)拓撲結(jié)構(gòu)，骨骼長度，甚至不同種類的角色身上時，必然會發(fā)生動作的失真。失真是不可避免的。這就違背了運動重定向的初衷，即真實而流暢。本發(fā)明通過一種面向異構(gòu)拓撲的角色運動重定向方法，實現(xiàn)運動重定向后的動作具有較強的真實感，一定程度上解決失真問題。

發(fā)明內(nèi)容

?本發(fā)明的目的是提供一種面向異構(gòu)拓撲的角色運動重定向方法，對姿態(tài)各異，骨骼拓撲結(jié)構(gòu)各不相同的運動重定向，進一步降低動畫制作的成本，大幅度提高動作數(shù)據(jù)的重用率，同時實現(xiàn)運動重定向后的動作具有較強的真實感，一定程度上解決失真問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種面向異構(gòu)拓撲的角色運動重定向方法，基于已經(jīng)獲取的虛擬角色的動畫信息，本發(fā)明的方法步驟如下：

（1）根據(jù)虛擬角色的動畫信息建立中間模型，得到虛擬骨骼模型之間關(guān)節(jié)的對應(yīng)關(guān)系；

（2）為中間模型建立運動數(shù)據(jù)，驅(qū)動中間模型運動；

（3）重定向關(guān)節(jié)映射后，基于人體下肢運動規(guī)律消除重定向后的滑步現(xiàn)象；

（4）采用插值的方法對運動進行修正，消除重定向后的跳幀現(xiàn)象；

（5）通過添加各種物理約束條件，使重定向后的運動符合物理規(guī)律，生成動畫關(guān)鍵幀序列。

最好步驟：在所述步驟（1）中，建立中間模型的方法是：中間模型最初是目標(biāo)模型的拷貝；調(diào)整中間模型每個關(guān)節(jié)的自由度索引，使之與源模型的一致；調(diào)整中間模型初始姿態(tài)，使之源模型的一致。

最好步驟：調(diào)整中間模型的具體實現(xiàn)如下：（1-a）根據(jù)源模型和目標(biāo)模型建立初始中間模型；（1-b）調(diào)整中間模型中各個關(guān)節(jié)在局部坐標(biāo)系中的方向，使之與源模型的一致；（1-c）調(diào)整中間模型的骨骼比例，對中間模型的上肢長度進行調(diào)整，使得中間模型上肢中每塊骨骼與源骨骼的比例等于中間模型下肢與源模型下肢的比例。?

最好步驟：為中間模型建立運動數(shù)據(jù)的方法是：如果源骨骼關(guān)節(jié)的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)順序與中間骨骼的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)順序不一致，通過建立旋轉(zhuǎn)矩陣，提取符合條件的中間骨骼的關(guān)節(jié)歐拉角，用四元數(shù)???????????????????????????????????????????????表示關(guān)節(jié)k在t時刻的旋轉(zhuǎn)量，設(shè)中間模型中存在關(guān)節(jié)A，在源模型中與之對應(yīng)的關(guān)節(jié)為B，關(guān)節(jié)B的父關(guān)節(jié)C在中間模型中并不存在，那么關(guān)節(jié)A的旋轉(zhuǎn)量?=?。