交互式群組運動控制.pdf

1、隨著計算機圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計算機硬件計算能力的提高，群組動畫制作已廣泛應(yīng)用于影視、娛樂、廣告、建筑、工程、美術(shù)、教育、游戲等領(lǐng)域。特別是隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的日益提高，群組動畫技術(shù)帶來的新奇視覺效果和逼真畫面越來越多地被應(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。
　　 群組中的智能個體有獨立的思維和運動，同時又遵循相關(guān)法則。群組通過有組織的聚集體現(xiàn)出整體行為效果。生成栩栩如生的群組，運動控制是其中最關(guān)

2、鍵的部分之一，也是現(xiàn)有模擬技術(shù)的難點。工業(yè)界對于實時交互操作和大規(guī)模場景中加速繪制的需求，對現(xiàn)有的群組動畫技術(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動過程中形象逼真，并具有用戶靈活控制的能力。本文在給予個體自主行為的基礎(chǔ)上，提供一種簡潔靈活的群組運動控制方法，同時具有實時的交互性和計算速度。本文從兩方面著手對群組控制相關(guān)方面進行了研究：第一個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中個體遵守分離、聚合、排列三種基本行為法則的同時，F(xiàn)lock被整體約束以特定的形狀沿著用戶設(shè)計的路線平穩(wěn)到達目的地。我們引入了Kalman濾波動態(tài)跟蹤技術(shù)，控制整個Flock在一系列外形之間過渡。系統(tǒng)提供控制群組以動態(tài)或者靜態(tài)外形運動的功能，能夠生動地模擬自然界的群居生物在運動過程中保持整齊外形的動畫特效。

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)建了一個覆蓋整個模擬區(qū)域的速度場，來驅(qū)動群組中的個體。在模擬過程中，用戶以交互操作的方式修改速度場，快速地改變?nèi)航M的行走。我們還可以賦予每一組人單獨的速度場來模擬由多組行人構(gòu)成的群組。我們提出了兩種生成速度場的方法：第一種方式由用戶在模擬區(qū)域中散布數(shù)據(jù)點，經(jīng)各向異性的徑向基函數(shù)插值獲得速度場。這種方法能夠快速地生成速度場。速度場數(shù)據(jù)具有處處平滑，存

5、儲量小，不受分辨率限制的優(yōu)點。第二種方法將人流類比為水流，通過求解描述二維不可壓縮流體的Navier—Stokes方程得到速度場。我們可以通過調(diào)節(jié)Navier—Stokes方程的參數(shù)來修改速度場。由于這種方法符合水流運動的規(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)平衡繪制時間和繪制質(zhì)量。根據(jù)繪制精度的需要和個體距離視點的遠近，系統(tǒng)自動地在高層次的幾何細節(jié)模型和低層