交互式群組運(yùn)動(dòng)控制.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算能力的提高，群組動(dòng)畫(huà)制作已廣泛應(yīng)用于影視、娛樂(lè)、廣告、建筑、工程、美術(shù)、教育、游戲等領(lǐng)域。特別是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的日益提高，群組動(dòng)畫(huà)技術(shù)帶來(lái)的新奇視覺(jué)效果和逼真畫(huà)面越來(lái)越多地被應(yīng)用于日常媒體中，逐步成為人們生活中重要的組成部分之一。
　　 群組中的智能個(gè)體有獨(dú)立的思維和運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又遵循相關(guān)法則。群組通過(guò)有組織的聚集體現(xiàn)出整體行為效果。生成栩栩如生的群組，運(yùn)動(dòng)控制是其中最關(guān)

2、鍵的部分之一，也是現(xiàn)有模擬技術(shù)的難點(diǎn)。工業(yè)界對(duì)于實(shí)時(shí)交互操作和大規(guī)模場(chǎng)景中加速繪制的需求，對(duì)現(xiàn)有的群組動(dòng)畫(huà)技術(shù)提出了很高的要求。
　　 本文模擬群組的目的是希望模擬的群組在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中形象逼真，并具有用戶(hù)靈活控制的能力。本文在給予個(gè)體自主行為的基礎(chǔ)上，提供一種簡(jiǎn)潔靈活的群組運(yùn)動(dòng)控制方法，同時(shí)具有實(shí)時(shí)的交互性和計(jì)算速度。本文從兩方面著手對(duì)群組控制相關(guān)方面進(jìn)行了研究：第一個(gè)方向主要模擬三維空間中形狀約束下的Flock聚合行為；第二個(gè)方

3、向側(cè)重研究行人步行方式的全局混合局部控制。
　　 本文第二章提出了一種基于形狀約束的Flock模擬方法。在保證Flock中個(gè)體遵守分離、聚合、排列三種基本行為法則的同時(shí)，F(xiàn)lock被整體約束以特定的形狀沿著用戶(hù)設(shè)計(jì)的路線(xiàn)平穩(wěn)到達(dá)目的地。我們引入了Kalman濾波動(dòng)態(tài)跟蹤技術(shù)，控制整個(gè)Flock在一系列外形之間過(guò)渡。系統(tǒng)提供控制群組以動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)外形運(yùn)動(dòng)的功能，能夠生動(dòng)地模擬自然界的群居生物在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持整齊外形的動(dòng)畫(huà)特效。

4、r>　　 本文第三章和第四章采用了全局控制的框架，模擬二維情景下的大規(guī)模人群行走。我們構(gòu)建了一個(gè)覆蓋整個(gè)模擬區(qū)域的速度場(chǎng)，來(lái)驅(qū)動(dòng)群組中的個(gè)體。在模擬過(guò)程中，用戶(hù)以交互操作的方式修改速度場(chǎng)，快速地改變?nèi)航M的行走。我們還可以賦予每一組人單獨(dú)的速度場(chǎng)來(lái)模擬由多組行人構(gòu)成的群組。我們提出了兩種生成速度場(chǎng)的方法：第一種方式由用戶(hù)在模擬區(qū)域中散布數(shù)據(jù)點(diǎn)，經(jīng)各向異性的徑向基函數(shù)插值獲得速度場(chǎng)。這種方法能夠快速地生成速度場(chǎng)。速度場(chǎng)數(shù)據(jù)具有處處平滑，存

5、儲(chǔ)量小，不受分辨率限制的優(yōu)點(diǎn)。第二種方法將人流類(lèi)比為水流，通過(guò)求解描述二維不可壓縮流體的Navier—Stokes方程得到速度場(chǎng)。我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)Navier—Stokes方程的參數(shù)來(lái)修改速度場(chǎng)。由于這種方法符合水流運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，能夠較好地表現(xiàn)多股人群交匯、人群蜿蜒的行走等宏觀(guān)效果。
　　 在群組繪制方面，我們使用LOD的層次結(jié)構(gòu)平衡繪制時(shí)間和繪制質(zhì)量。根據(jù)繪制精度的需要和個(gè)體距離視點(diǎn)的遠(yuǎn)近，系統(tǒng)自動(dòng)地在高層次的幾何細(xì)節(jié)模型和低層