一种具有逼真效果的虚拟人动画生成方法

针对传统的虚拟人动画逼真度低、动画生成复杂、且动画存在飘移现象的问题,提出了一种基于视频关键帧获取运动数据的虚拟人动画生成方法。首先利用线性混合蒙皮算法建立了新的人体几何模型;其次利用正向运动学方法驱动虚拟人的骨骼模型,并利用平移补偿原则消除虚拟人运动中的飘移现象;最终实现了基于双目正交视觉获取关节运动参数的虚拟人动画。实验结果表明,新方法能逼真地模拟真实人体动作,且方法易于实现、实用性强。     

数据驱动人体动画的关键帧技术研究综述

基于关键帧技术的运动捕获数据驱动人体动画,因其捕获的数据具有高度逼真性和实时处理能力使之成为应用广泛的人体动画方法。对现有基于运动捕获数据的3维人体动画关键帧技术进行了系统分析和阐述,介绍了运动捕获数据及其表现形式,从捕获数据的角度分析并比较了基于自适应采样的关键帧提取技术、基于运动速度控制的关键帧插值技术及基于运动特征和运动模型的关键帧检索技术,对3维人体运动关键帧技术中的难点问题及进一步研究方向进行了展望。     

基于视频的角色动画

现有的计算机动画制作普遍存在投资大、效率不高等缺陷.为此,提出了利用计算机视觉技术中的一种基于特征的跟踪方法-KL(Kanade-Lucas)算法.首先捕获视频中角色的二维运动信息,然后进行三维重建生成满足动画要求的三维角色运动序列,最后将三维角色运动序列重定向到动画模型中去,从而得到逼真的角色动画.实际运行结果表明,从来源广、成本低的视频中完成角色运动提取与合成,从而生成逼真动画的可行性.     

计算机视觉与机器学习技术在三维人体动画中的应用综述

近年来计算机视觉与机器学习技术广泛应用于三维人体动画领域中.基于图像/视频的人体运动数据获取技术、数字角色和场景建模、交互式角色动画控制与运动生成等方面都大量应用了计算机视觉技术;同时,机器学习理论在三维人体运动数据重用以及后期智能角色动画创作中扮演了越来越重要的角色,并得到一些很好的研究成果.文中以三维人体动画创作流程为主线对这些方法的基本思想和关键技术进行了归纳与分析,并讨论了三维人体动画制作技术的发展趋势.     

基于运动传播和Isomap分析的三维人脸动画编辑与合成

提出一种三维人脸动画数据编辑与合成的有效方法,使用户可以在三维人脸模型上选定控制点,并在二维平面上指定表情动作的约束条件.根据人脸动画数据训练一个先验概率模型,将较少的用户约束传播到人脸网格的其他部分,从而生成完整生动的人脸表情;通过Isomap学习算法对三维人脸动画知识进行建模,并结合用户指定的关键帧拟合高维曲面上的平滑测地线,以自动合成新的人脸动画序列.实验结果表明,该方法可以直观地对人脸动画的生成进行交互式控制,并能生成较为逼真的表情动画.     

正向运动学和关键帧系统的骨骼动画引擎实现

游戏角色动画一骨骼动画创作流程分为生成骨架、骨架运动、蒙皮等步骤。本文以这个流程为主线,讲述了一种基于正向运动学和关键帧系统的骨骼动画引擎的实现。     

基于Kinect的高维人体动画实时合成研究

基于动作的视频交互游戏一直是游戏市场上非常受消费者青睐的主流游戏之一。研究利用Kinect从用户动作中获取低维控制信号,然后通过双级结构来重建高维度运动控制信号,以实现高质量人体动画的实时合成。其中第一级先通过构造一个邻居图缩小搜索空间,再通过K-D树加速搜索算法得到k个相似数据,最后基于主成分分析法来构建一个线性运动实时合成模型;第二级则是利用平滑参数对线性模型进行优化。实验结果表明,即使在场景受到严重干扰的情况下,该方法仍然可以重建出高质量的人体动画。     

关键帧及其在视频制作中的应用

关键帧是制作二维动画的基础,它决定了动画运动的方式及其效果,Premiere是一款比较优秀、流行的视频制作软件,利用关键帧技术可以设置运动、透明度以及视频特效等的动画效果,制作出一些比较优美的视频短片。     

基于OpenGL的三维虚拟人手语动画的研究与实现

研究了一种基于OpenGL实现三维虚拟人手语动画的方法.首先构造了三维虚拟人的最小骨骼模型;其次研究分析了手部的关键动作,提出了手部动厕的关键帧手势;又考虑到手部的运动干涉和运动约束,给出了手语动画中的不可能手势,接着基于关键帧手势以及不可能的手势,利用手部各关节之间的联动关系,给出了手部各节点位置的计算方法;最后基于OpenGL实现了三维虚拟人的手语动画.实验结果表明,基于关键帧手势以及不可能的手势的三维虚拟人的手语动画方法不仅解决了真实人手部动作的复杂性问题,又没有裁剪必要的手部动作,获得了理想的手语动画效果.     

基于关键帧的动画视频检索研究

在分析了动画视频层次化结构的基础上,针对动画视频的特点,重点介绍了基于关键帧的颜色特征提取方法,并将基于关键帧的检索方法应用于动画视频中,实验验证了该检索方法的有效性。     

草绘3维人体建模的模板形变方法

目的 采用草绘交互方式直接构造3维人体模型是当前人体建模研究的重要课题之一.提出一种草绘3维人体建模的模板形变方法.方法 针对输入的草图,首先,采用关节点定位方法获取草图中的人体关节点,根据人体结构学约束识别人体骨架结构,通过解析人体轮廓草图获取人体草图特征;其次,通过骨架模板和外观轮廓模板形变,将草图特征映射到3维人体模型,实现3维人体建模.结果 草图解析方法能有效提取草图特征,通过模板形变方法生成3维人体模型,并在模型上保持草图特征;能适应不同用户的绘制习惯,且生成的3维人体模型可用于人体动画设计.结论 提出一种草绘3维人体建模的模板形变方法,支持用户采用草绘方式进行3维人体模型设计,方法具有良好的用户适应性,对3维动画创作具有重要意义.     

三维可视化小区图的制作

3DStudioMAX是Autodesk公司推出的一种优秀的三维可视化造型软件,它广泛用于游戏、广告、建筑等领域,是目前PC上最流行的三维动画造型软件。本文依据3DSMAX软件制作三维图的原理和方法,制作了小区三维立体图。文中详细介绍了利用3DSMAX技术制作三维图的过程,包括:从资料的收集、底图的导入,立体模型的制作、三维贴图到小区立体图的渲染输出等。对在3DSMAX环境下建筑物的建模,材质贴图,灯光设置等关键技术作了重点阐述。并就三维场景虚拟漫游设置作了必要的论述。制作的小区立体图既具有传统鸟瞰图的特点又具有普通地图特点,所包含的信息量远比两者多,并且可利用它作3维地理信息系统底层数据,用于实现3维仿真及属性查询等多种用途。     

基于Kinect的人体姿态估计优化和动画生成

为了生成更准确流畅的虚拟人动画,采用Kinect设备捕获三维人体姿态数据的同时,使用单目人体三维姿态估计算法对Kinect的彩色信息进行骨骼点数据推理,从而实时优化人体姿态估计效果,并驱动虚拟人物模型生成动画。首先,提出了一种时空优化的骨骼点数据处理方法,以提高单目估计人体三维姿态的稳定性;其次,提出了一种Kinect和遮挡鲁棒姿势图（ORPM）算法融合的人体姿态估计方法来解决Kinect的遮挡问题;最后,研制了基于四元数向量插值和逆向运动学约束的虚拟人动画系统,其能够进行运动仿真和实时动画生成。与仅利用Kinect捕获人体运动来生成动画的方法相比,所提方法的人体姿态估计数据鲁棒性更强,具备一定的防遮挡能力,而与基于ORPM算法的动画生成方法相比,所提方法生成的动画在帧率上提高了两倍,效果更真实流畅。     

基于UML的三维建模系统多方案动画设计

为使用户可以在一个场景中观察某个对象的多个动画,基于统一建模语言技术并采用“整体-局部”方法,给出三维建模系统动画实现过程与所需模块。以关键帧管理为主线,结合面向对象设计方法,给出实现细节的用例分析。对关键帧采用双结点十字链表结构,提供多方案动画调试功能。根据局部功能给出实现类的设计,为进一步代码实现提供依据。     

Optimization-based key frame extraction for motion capture animation

In this paper, we present a new solution for extracting key frames from motion capture data using an optimization algorithm to obtain compact and sparse key frame data that can represent the original dense human body motion capture animation. The use of the genetic algorithm helps determine the optimal solution with global exploration capability while the use of a probabilistic simplex method helps expedite the speed of convergence. By finding the chromosome that maximizes the fitness function, the algorithm provides the optimal number of key frames as well as the low reconstruction error with an ordinary interpolation technique. The reconstruction error is computed between the original motion and the reconstruction one by the weighted differences of joint positions and velocities. The resulting set of key frames is obtained by iterative application of the algorithm with initial populations generated randomly and intelligently. We also present experiments which demonstrate that the method can effectively extract key frames with a high compression ratio and reconstruct all other non key frames with high quality.     

四元数在关键帧骨骼动画中的应用

在关键帧骨骼动画中,中间帧的生成效果直接影响着动画的自然流畅程度。生成中间帧的方法有线性插补法和高次多项式拟合法等。由于人体的骨骼关节之间存在着连带关系,且关节的旋转角度受到约束,对人体的关键帧姿态进行插值不同于一般物体。本文在建立人体骨骼模型的基础上,采用四元数方法对给定的关键帧进行插值生成中间帧,并对生成结果做简单的分析。     

一种可编辑的三维人体蒙皮网格动画合成方法*

为了使虚拟人情感表达更加逼真,提出了一种可编辑的三维人体动画合成方法。首先建立了三维网格和人体骨架之间的蒙皮关系,构造了关节运动角度的参数模型;然后,对三维人体骨架进行操作,利用线性混合蒙皮算法,驱动虚拟人体的运动。在Visual C++平台上实现了在特定情感状态下的肢体动画,验证了该方法的有效性。     

A Statistical Model of Human Pose and Body Shape

Generation and animation of realistic humans is an essential part of many projects in today's media industry. Especially, the games and special effects industry heavily depend on realistic human animation. In this work a unified model that describes both, human pose and body shape is introduced which allows us to accurately model muscle deformations not only as a function of pose but also dependent on the physique of the subject. Coupled with the model's ability to generate arbitrary human body shapes, it severely simplifies the generation of highly realistic character animations. A learning based approach is trained on approximately 550 full body 3D laser scans taken of 114 subjects. Scan registration is performed using a non-rigid deformation technique. Then, a rotation invariant encoding of the acquired exemplars permits the computation of a statistical model that simultaneously encodes pose and body shape. Finally, morphing or generating meshes according to several constraints simultaneously can be achieved by training semantically meaningful regressors.     

User‐Guided Lip Correction for Facial Performance Capture

Facial performance capture is the primary method for generating facial animation in video games, feature films and virtual environments, and recent advances have produced very compelling results. Still, one of the most challenging regions is the mouth, which often contains systematic errors due to the complex appearance and occlusion/dis‐occlusion of the lips. We present a novel user‐guided approach to correcting these common lip shape errors present in traditional capture systems. Our approach is to allow a user to manually correct a small number of problematic frames, and then our system learns the types of corrections desired and automatically corrects the entire performance. As correcting even a single frame using traditional 3D sculpting tools can be time consuming and require great skill, we also propose a simple and fast 2D sketch‐based method for generating plausible lip corrections for the problematic key frames. We demonstrate our results on captured performances of three different subjects, and validate our method with an additional sequence that contains ground truth lip reconstructions.     

基于线型草图的多源3维动画传输

为了对3维动画进行鲁棒地传输,提出了一种基于线型草图的3维动画传输方法,该方法可以把多个源网格的动画传输到一个目标网格。该方法由以下几个步骤组成:(1)使用线型草图在源网格和目标网格间建立映射;(2)使用差分均值坐标(differential mean value coordinates),根据源动画来变形目标网格;(3)对齐各部分变形后的目标网格,通过求解最小化约束函数,以获取光滑的目标网格,从而生成目标动画的关键帧;(4)对由步骤(3)产生的结果进行插值,即可产生完整的目标对象的3维动画。通过对上述几个方面的深入研究,以及将这些成果集成在原型系统中的结果表明,该方法具有以下特点:①既不需要源网格和目标网格有相同的顶点数和三角面片数,也不需要有类似的拓扑信息;②源动画既可以是3维的,也可以是2维视频或Flash;③目标对象可以是无结构化的点云数据。实践表明,该方法直观易用,可以生成逼真的3维动画。最后通过从狗、猫、蛇、人体的3维动画与2维车轮视频的合成来产生复杂的马车动画,对该方法进行了验证。另外,原型系统还通过产生其他几个例子来进一步验证其通用性和鲁棒性。