1、如何生成逼真的三維角色動畫一直是計算機圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域的研究熱點與難點。運動捕獲作為三維角色動畫生成的一項主流技術(shù)，具有數(shù)據(jù)逼真度高細節(jié)豐富等特點，目前已成為計算機游戲、電影特效、訓(xùn)練仿真系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)輔助分析等諸多領(lǐng)域的標準方法。然而該方法從原理上是三維運動的簡單錄制和重放，無法提供對運動數(shù)據(jù)更多的交互控制。這使得該方法的數(shù)據(jù)可重用性低，難以適應(yīng)交互性強的應(yīng)用。 本文針對利用已有的運動捕獲數(shù)據(jù)庫可控地生成新運動的問題，即基于

2、運動庫的運動生成進行了深入研究。主要成果如下： 第一，提出并實現(xiàn)了基于三維運動庫和一階概率轉(zhuǎn)移模型的運動控制方法 如何描述運動數(shù)據(jù)內(nèi)在的時空結(jié)構(gòu)，是基于運動庫運動生成方法的關(guān)鍵所在，決定了運動數(shù)據(jù)能否簡潔有效的根據(jù)外界約束生成新運動。 本文提出并實現(xiàn)了基于三維運動庫和一階概率轉(zhuǎn)移模型的運動控制方法。該方法把運動數(shù)據(jù)看作一階馬爾可夫過程，即當(dāng)前運動狀態(tài)只和前一運動狀態(tài)有關(guān)。在運動庫預(yù)處理中，通過度量運動片段間的姿態(tài)速度相

3、似性，估計運動片段間轉(zhuǎn)移概率，從而建立了運動庫一階概率轉(zhuǎn)移模型。在檢索運動庫時，我們選擇和前一片段轉(zhuǎn)移概率最大的片段作為當(dāng)前片段，以此類推，最終得到概率最大的運動序列。我們以廣播體操為例，結(jié)合相應(yīng)的視頻為交互界面驗證了本文方法的有效性。實驗表明，該方法能夠有效地反映運動數(shù)據(jù)間的時空關(guān)系，提高運動庫檢索的準確性。 第二，研究并實現(xiàn)了基于多尺度框架的運動片段平滑連接算法，保證了運動生成效果的逼真自然。 從運動庫檢索出來的運動

4、片段通常并不連續(xù)，需要進行片段平滑連接才能保證最終的運動生成效果。數(shù)據(jù)連接方法很多，一般的插值方法即可勝任。然而，由于運動捕獲數(shù)據(jù)不同于基于關(guān)鍵幀或物理仿真方法生成的運動數(shù)據(jù)，其豐富的運動細節(jié)(即高頻分量)使得簡單的插值方法難以穩(wěn)定估計運動片段在連接處的速度，最終難以得到平滑連接的效果。如何既保證片段間的平滑連接又保證原有的運動細節(jié)不被破壞，是運動捕獲數(shù)據(jù)連接的難點。 本文采用多尺度運動數(shù)據(jù)分析方法，首先將運動數(shù)據(jù)分解成一個低頻

5、基運動信號和不同層次的高頻細節(jié)分量，然后分別連接基運動信號和各層細節(jié)分量，最后將連接后細節(jié)分量逐層添加到新的基信號上，最終恢復(fù)得到連接后的運動。大量實驗表明，通過對基信號和逐層細節(jié)分量的分別處理，平滑連接結(jié)果在連接處達到了c<'1>連續(xù)性并忠實地保持了原有的運動細節(jié)。 第三，實現(xiàn)了一個具有視頻交互界面的基于運動庫的運動生成平臺 隨著運動捕獲的廣泛應(yīng)用，高質(zhì)量的運動數(shù)據(jù)越來越豐富。如果能夠通過利用業(yè)已存在的運動庫，根據(jù)外界

6、交互，可控地生成新的運動，我們將能夠大大降低動畫制作成本，并為交互式視頻游戲的開發(fā)提供新的技術(shù)思路。 本文實現(xiàn)了一個具有視頻交互界面的基于運動庫的運動生成平臺。該平臺首先交互式重構(gòu)出視頻關(guān)鍵幀的三維人體姿態(tài)，并計算出部分關(guān)節(jié)的角度曲線，接著根據(jù)運動庫一階概率轉(zhuǎn)移模型，從運動庫中匹配出符合相應(yīng)關(guān)節(jié)曲線的最大一階轉(zhuǎn)移概率運動序列，最后通過多尺度片段連接方法加以平滑連接，生成滿足關(guān)鍵幀約束的新運動。 我們采用了廣播體操運動視頻