[發(fā)明專利]一種可形變物體的高真實(shí)感動畫合成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410313358.X
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104077798B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅常偉;汪增福;於俊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G06T13/20
• 分類號: G06T13/20
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,鄭哲

1.一種可形變物體的高真實(shí)感動畫合成方法，其特征在于，該方法包括：

基于掃描設(shè)備重建可形變物體的精確三維網(wǎng)格模型；

從該三維網(wǎng)格模型中提取若干用于驅(qū)動該可形變物體發(fā)生形變的網(wǎng)格點(diǎn)作為控制點(diǎn)，并將若干控制點(diǎn)的真實(shí)位移作為輸入，獲得形變后的若干控制點(diǎn)的位置；

根據(jù)所述形變后的若干控制點(diǎn)的位置，并將該可形變物體體積不變作為約束條件，通過最小化形變能量函數(shù)，計(jì)算得到該三維網(wǎng)格模型中其余網(wǎng)格點(diǎn)形變后的位置，從而獲得該可形變物體的高真實(shí)感動畫；

其中，所述根據(jù)所述形變后的若干控制點(diǎn)的位置，并將該可形變物體體積不變作為約束條件，通過最小化形變能量函數(shù)，計(jì)算得到該三維網(wǎng)格模型中其余網(wǎng)格點(diǎn)形變后的位置，包括：

該三維網(wǎng)格模型中任一三角面片上的三個網(wǎng)格點(diǎn)的初始位置分別為p₁、p₂與p₃，發(fā)生形變后的位置設(shè)為與并在該三角面片上添加一用于指定該三角面片法向量的輔助網(wǎng)格點(diǎn)p₄，則有：

p₄＝p₁+(p₂-p₁)×(p₃-p₁)/||(p₂-p₁)×(p₃-p₁)||；

該三角面片形變時對應(yīng)的形變矩陣為[Q,d]，其中Q為3×3的變換矩陣，d為3×1的平移向量，形變前后，三角面片的網(wǎng)格點(diǎn)位置滿足如下關(guān)系：

其中r＝1,2,3,4；

計(jì)算求得形變矩陣Q：

其中，P＝[p₂-p₁,p₃-p₁,p₄-p₁]；

該可形變物體的形變能量記為：其中，Q_i為三維網(wǎng)格模型中第i個三角面片所對應(yīng)的形變矩陣，I為單位矩陣，M為該三維網(wǎng)格模型中三角面片的總數(shù)；

該可形變物體形變前后的體積分別為V₀與V，則有：

$V=\frac{1}{6}\underset{i=1}{\overset{M}{\Σ}}{p}_{i,1}\·(p_{i,2}\×p_{i,3});$

其中，網(wǎng)格點(diǎn)p_i,1、p_i,2、p_i,3分為網(wǎng)格模型中第i個三角形的三個網(wǎng)格點(diǎn)；

將該可形變物體體積保持不變作為約束條件，則有：V-V₀＝0；

若該可形變物體若干控制點(diǎn)的個數(shù)為三個，其初始位置分別為c₁、c₂與c₃，其形變后的位置分別為v₁、v₂與v₃，則利用高斯牛頓法求解下述優(yōu)化問題，從而求得其余網(wǎng)格點(diǎn)形變后的位置：

Subject to V-V₀＝0；

其中，N為該三維網(wǎng)格模型中網(wǎng)格點(diǎn)的總數(shù)。