卡通人肢体交互控制及行走运动

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本文主要研究卡通人物肢体模型、运动的控制技术以及卡通人物的行走驱动方法。其目的主要是优化卡通人物的运动及交互控制规则,以提高卡通人物肢体运动的可控性,并为辅助创建二维卡通人物肢体动画提供了方法和依据。 卡通人体的运动控制首先要对人体进行建模,由于人体结构的复杂性,本文对人体进行抽象和简化,主要在骨骼层次上对三维人体模型进行简化。为了更好的描述运动,把人体构造成层次结构。卡通人体的骨骼模型主要由关节和关节链构成。 在卡通人体模型中,人的腕关节、肘关节、肩关节等骨骼构成了一条运动关节链,本文主要基于逆向运动学的思路,采用Cyclic-Coordinate Descent(简称CCD)算法的思想和能量损耗较小的原则,提出我们自己的运动及交互控制方法,与一般的肢体交互控制方法比较,我们不苛求交互控制过程轨迹的逼真程度,而是将主要精力集中在如何节省卡通人肢体运动时的能量消耗以及如何提高交互控制的速度两大问题。在交互控制过程中尽量保持选中关节同其子关节之间的相互位置不变,以保证每次交互控制前的状态最佳,确保交互控制后关节链的整体效果的真实感。 卡通人在障碍物地形行走时,需要根据障碍物的情况改变正常的行走轨迹,在改变的过程巾要满足人体的生理极限约束。本文采用Bezier曲线控制摆动脚踝的运动轨迹,控制简单快捷,并且能够较好的反映运动特征;腿部姿态的确定采用逆运动学方法,通过合理增加几何约束条件保证了解的有效性,并且降低了运算量;在跨越障碍物的时候采用对Bezier。曲线升阶和插值的方法保证脚踝轨迹的准确性。该方法计算量相对较小,有一定的逼真性。最后通过实验部分给出的一个卡通人肢体交互控制实例和一个卡通人行走实例,证实了所提算法的可行性,并对后继研究工作给出展望。
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