基于PC的人體運(yùn)動(dòng)捕捉及編輯系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和硬件技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫已滲透到人們生活的各個(gè)角落，成為現(xiàn)代影視特技及影視動(dòng)畫制作中不可或缺的手段，各種各樣的平面、三維計(jì)算機(jī)特技制作技術(shù)給觀眾帶來了全新的感受。其中，運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)是最熱門的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)之一。 動(dòng)作捕捉技術(shù)不但能獲得逼真的動(dòng)作效果，提高制作效率，還能應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)、互動(dòng)游戲、人機(jī)接口和體育訓(xùn)練等等，有著很大的應(yīng)用前景。為了充分利用已經(jīng)捕捉的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，研究人員提出了運(yùn)動(dòng)編輯的思想，即將

2、已有的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過各種處理方法，得到新的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。 論文的主要內(nèi)容如下： (1)介紹了本課題的研究背景和意義，運(yùn)動(dòng)捕捉及編輯的發(fā)展現(xiàn)狀，論文的主要研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)。 (2)介紹了本課題運(yùn)動(dòng)捕捉的實(shí)現(xiàn)原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及流程，提出了運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，即攝像機(jī)標(biāo)定、標(biāo)記點(diǎn)跟蹤及標(biāo)記點(diǎn)的三維重建技術(shù)。為了滿足實(shí)際的應(yīng)用，設(shè)計(jì)并開發(fā)了實(shí)用的運(yùn)動(dòng)編輯系統(tǒng)。 (3)在現(xiàn)有攝像機(jī)小孔模型的基礎(chǔ)上，提出一種靈活的攝像機(jī)標(biāo)定算法

3、，采用了線性標(biāo)定和非線性標(biāo)定相結(jié)合的方法。整個(gè)標(biāo)定過程包括空間變換與坐標(biāo)變換、求解平面投影變換矩陣、標(biāo)定方程轉(zhuǎn)換到線性方程、求解攝像機(jī)內(nèi)部系數(shù)矩陣和旋轉(zhuǎn)偏移矩陣以及求解攝像機(jī)焦距等幾個(gè)步驟。標(biāo)定以后可以得到攝像機(jī)內(nèi)部和外部參數(shù)，用于重建標(biāo)記點(diǎn)的三維坐標(biāo)。 (4)為了提高重建精度及得到無需后期手動(dòng)注的捕捉數(shù)據(jù)，采用了對(duì)攝像機(jī)標(biāo)記點(diǎn)二維跟蹤的方法。首先給出標(biāo)記點(diǎn)的定義及提取方式，然后分別利用傳統(tǒng)跟蹤方式和基于卡爾曼濾波的跟蹤方

4、式。卡爾曼濾波算法以線性、無偏、最小方差為準(zhǔn)則，運(yùn)用狀態(tài)空間分析法和統(tǒng)計(jì)理論，對(duì)信號(hào)和噪聲進(jìn)行的完美統(tǒng)一描述。算法中包括先驗(yàn)估計(jì)、后驗(yàn)估計(jì)、先驗(yàn)估計(jì)協(xié)方差、后驗(yàn)估計(jì)協(xié)方差和噪聲分布，大大提高了標(biāo)記點(diǎn)二維跟蹤的準(zhǔn)確率。 (5)鑒于不可避免的系統(tǒng)誤差，本文提出了三維重建的魯棒算法。并提出了多攝像頭融合重建的修正方法，提高了重建的精度。在標(biāo)記點(diǎn)二維跟蹤的基礎(chǔ)上，本文算法的計(jì)算次數(shù)大大降低。 (6)采用加速B樣條插值算法、非對(duì)稱混

5、合方法和隱馬爾可夫模型建立了實(shí)用的運(yùn)動(dòng)編輯系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)混合和運(yùn)動(dòng)重組三個(gè)部分。運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃采用B樣條插值算法，使運(yùn)動(dòng)路徑更加自然，而且可以局部修改運(yùn)動(dòng)路徑；非對(duì)稱運(yùn)動(dòng)混合可以在定義主運(yùn)動(dòng)和從運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，設(shè)置特定參數(shù)，得到混合數(shù)據(jù)?；陔[馬爾可夫理論，將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)看作連續(xù)信號(hào)，通過調(diào)整模型參數(shù)，可以生成新的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。 相信，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和圖形圖像學(xué)的發(fā)展，運(yùn)動(dòng)捕捉及編輯技術(shù)也會(huì)迅速發(fā)展，應(yīng)用范圍