人體動(dòng)畫(huà)合成及其風(fēng)格化處理研究.pdf

1、人體動(dòng)畫(huà)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的重要組成部分，人們不僅希望合成真實(shí)的人體運(yùn)動(dòng)，而且想要?jiǎng)?chuàng)作具有豐富個(gè)性和情感表達(dá)能力的虛擬人。本文針對(duì)這一需求，對(duì)人體動(dòng)畫(huà)合成及其風(fēng)格化處理技術(shù)展開(kāi)了研究，提出了基于風(fēng)格子空間的運(yùn)動(dòng)編輯算法、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)合的風(fēng)格化運(yùn)動(dòng)合成技術(shù)以及基于流形學(xué)習(xí)的運(yùn)動(dòng)合成方法，并給出了一個(gè)能夠表達(dá)虛擬人個(gè)性和情感的動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作平臺(tái)。這些研究為動(dòng)畫(huà)師提供了一套從運(yùn)動(dòng)編輯到行為編輯的角色創(chuàng)作工具，讓角色動(dòng)畫(huà)的創(chuàng)作更加便捷。

2、>　　 在人體運(yùn)動(dòng)的風(fēng)格合成方面，本文提出了一種基于子空間模型的快速編輯算法。該方法使用了一種非監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)--獨(dú)立特征子空間分析，它是多維獨(dú)立成分分析和不變特征子空間的結(jié)合。該技術(shù)可以將人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分解為若干獨(dú)立的子空間，并定義其中之一為風(fēng)格子空間。動(dòng)畫(huà)師可以通過(guò)對(duì)提取出的若干風(fēng)格子空間進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)風(fēng)格的調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)移和合并。該方法的優(yōu)點(diǎn)是只需要一個(gè)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)就可以訓(xùn)練出運(yùn)動(dòng)模型，簡(jiǎn)便易用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法對(duì)于循環(huán)運(yùn)動(dòng)如行

3、走、跑步等效果很好。
　　 為了在編輯運(yùn)動(dòng)風(fēng)格的同時(shí)還能夠讓運(yùn)動(dòng)滿足指定約束，本文又改進(jìn)了上一章中的低維參數(shù)化運(yùn)動(dòng)模型，提出了一種使用優(yōu)化技術(shù)合成滿足約束的風(fēng)格化人體運(yùn)動(dòng)的方法。該方法使用鏈?zhǔn)椒▌t將高維雅可比和低維雅可比矩陣建立關(guān)聯(lián)，使得我們能夠在低維空間中求解逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，并在風(fēng)格子空間中響應(yīng)用戶輸入的風(fēng)格參數(shù)，允許用戶在求解逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的同時(shí)對(duì)風(fēng)格進(jìn)行編輯。本文使用拳擊運(yùn)動(dòng)為例，展示了如何生成擊打某一指定目標(biāo)的各種平勾拳動(dòng)畫(huà)。結(jié)

4、果證明該方法效率較高，能夠用于動(dòng)畫(huà)的交互式編輯和與合成。
　　 然而當(dāng)約束增多時(shí)，線性降維方法很難得到滿意的結(jié)果，因此本文使用了一種結(jié)合黎曼流形和李群的流形學(xué)習(xí)技術(shù)--主測(cè)地線分析進(jìn)行運(yùn)動(dòng)合成。該方法首先將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)投影至黎曼流形上的測(cè)地線，目的是尋找運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)內(nèi)在的非線性流形嵌入，然后通過(guò)優(yōu)化技術(shù)來(lái)合成新的運(yùn)動(dòng)。該方法與前文中的線性子空間方法比較，有更好的泛化能力，能夠更好地刻畫(huà)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，與其它流形學(xué)習(xí)方法相比又具有更加簡(jiǎn)潔

5、的解析形式，計(jì)算速度快，更適用于運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)合成。本文詳細(xì)介紹了使用該技術(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)合成及風(fēng)格編輯操作的方法。
　　 最后，我們還開(kāi)發(fā)了一個(gè)風(fēng)格化和情緒化虛擬人創(chuàng)作平臺(tái)。該平臺(tái)有兩個(gè)主要層次：底層是基于子空間運(yùn)動(dòng)模型的運(yùn)動(dòng)合成引擎，高層是一個(gè)結(jié)合行為和情感模型的個(gè)性化虛擬人動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作系統(tǒng)。該平臺(tái)通過(guò)一個(gè)高層語(yǔ)義和底層行為的映射關(guān)系整合了風(fēng)格化運(yùn)動(dòng)處理技術(shù)以及具有個(gè)性和情感的虛擬智能體合成技術(shù)，給動(dòng)畫(huà)師提供一套富有表現(xiàn)力的角色動(dòng)畫(huà)編輯工具