[發明專利]一種實時自動骨骼綁定和蒙皮的方法和系統

在審

• 申請號: 201911058730.6
• 申請日: 2019-11-07
• 公開（公告）號: CN111145319A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 北京中科深智科技有限公司
• 主分類號: G06T13/20
• 分類號: G06T13/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于動畫制作流程的技術領域，尤其為一種實時自動骨骼綁定和蒙皮的方法和系統，包括從其他姿勢到LBS變形姿勢的轉換、計算出頂點p的旋轉中心(CoR)相似度函數、連續域中的解決方案、三角形網格的計算和運行算法，所述在預先計算優化后的其他姿勢和蒙皮下每個頂點的旋轉中心權重，在運動時，這些旋轉中心用來為每個頂點進行插值剛性變換。本發明的蒙皮算法與其他算法相比，可在保持實時性能的同時顯著減少LBS和DQS的失真并且與現有的動畫制作流程完全兼容。

技術領域

本發明屬于動畫制作流程的技術領域，尤其涉及一種實時自動骨骼綁定和蒙皮的方法和系統。

背景技術

制作能夠適用于各種角色的蒙皮算法對于動畫制作領域至關重要。蒙皮算法必須通過一系列控制器在關節周圍產生高質量、細致的形變。在許多有效的蒙皮算法中，基于骨骼的算法是使用最廣泛的，通常使用簡化版的骨架作為控制器，角色形變通過繞其關節旋轉的骨骼產生。每個骨頭的動作轉變為它所綁定的肢體的形變，皮膚形變通常出現在關節表面附近的區域，這個區域受兩個或多個骨骼的形變影響。

目前線性混合蒙皮(LBS)和雙四元數蒙皮(DQS)使用最廣泛，已在大多數游戲引擎，虛擬現實引擎和3D動畫軟件中應用，LBS和DQS是具有封閉解的直接方法，其中每個頂點變換計算為骨骼的加權混合變換，LBS和DQS都只需要用戶提供每個頂點的蒙皮權重和每個幀的骨骼轉換，這些都是很直觀的輸入，用戶可以輕松地使用工具繪制權重，而計算LBS和DQS的形變不同，它們的實現方式非常相似，是使用GPU頂點著色器計算頂點變換最有效的方法。由于其方法的簡單性和高效率，LBS和DQS是實時應用的實際標準，甚至對于性能不太重要的離線渲染也是如此。LBS和DQS仍可以作為基礎發揮重要作用尤其是在實時應用方面。兩種技術在很多方面的應用都可以高效地進行計算。盡管LBS和DQS具有出色的性能，但它們在形變的質量上也具有一些缺陷，特別是在一些特殊的姿勢中，LBS中有兩種所皆知的缺陷，分別是肘關節塌陷和封套扭曲，這些都是由于線性混合導致的體積損失產生。DQS消除了這些兩個缺陷，但會引入關節凸起的缺陷，這是因為DQS內插圍繞旋轉中心的旋轉關節旋轉導致例如肘部塌陷，封套扭曲和關節周圍鼓脹。由于LBS和DQS的普及，在不更改動畫流水線或不顯著增加計算成本的情況下減少這些缺陷將具有很大的好處。

針對上述的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

為解決上述背景技術中提出的問題，一種實時自動骨骼綁定和蒙皮的方法和系統，包括從其他姿勢到LBS變形姿勢的轉換、計算出頂點p的旋轉中心(CoR)相似度函數、連續域中的解決方案、三角形網格的計算和運行算法，所述從其他姿勢到LBS變形姿勢的轉換通過計算剛性(正交)骨骼變換矩陣[R_j t_j]中靜止姿態頂點p的變換矩陣[R_pt_p]靜止姿態Ω和蒙皮權重W，旋轉R_p是直接由四元數線性計算的插值(QLERP)，所述轉換t_p是基于這樣的假設間接推論的：具有相似蒙皮權重的頂點v將具有與[R_p t_p]相似的變換，所述使用所有頂點{v}的集合來從初始LBS變形中計算出更好的平移。

所述頂點p的旋轉中心(CoR)相似度函數是經過計算出來的，包括頂點p和v的兩個蒙皮權重之間的相似度為s(w_p，w_v)，所述相似度定義為等式(1)

中成對項的和，

所述權重w_pjw_pkw_vjw_vk的乘積為骨骼j和骨骼k的貢獻，所述差(w_pjw_vk-w_pkw_vj)為歸一化蒙皮權重空間中的距離。