人的造型和运动模拟被广泛应用于众多领域之中。在虚拟场景中的人一般是整个场景的主体,对其进行建模和运动模拟的效果直接决定了虚拟世界的真实感和用户的沉浸感。传统的人体建模和动画主要采用人工设定的方法,如利用3DS Max,Maya等软件的骨骼动画系统,手工建立虚拟人的骨架模型。然而,这种方法建立的骨架只能使用这些工具本身进行角色动画的制作,通用性很差,还会耗费大量的人力和时间。基于手绘输入的三维建模系统能极大地简化动画设计过程,改善设计效果。基于手绘输入的动画系统将手绘输入和运动数据库相结合克服了传统动画制作中的不足之处。因此,基于手绘输入的三维造型和动画成为造型和动画领域的一个热门研究方向。　　 本文围绕3D人物的快速建模及动画,提出了一种用球B样条曲线曲面进行人物造型的新方法,并用运动捕捉数据库驱动模型,实现了人物的动画。使用球B样条进行三维人物造型有许多传统方法不具备的优势。球B样条曲线曲面是对已有大量成功应用的B样条曲线曲面的扩展,具备严格的数学基础,具有良好的光滑性,利于分析和控制。对球B样条曲线曲面进行操控、变形和编辑也很方便,十分适合于应用在动画领域,有利于实时动画的实现。由于球B样条是基于骨架的造型表示方法,用其进行人物造型,不仅定义了人物的表面,还直接给出了人物的骨架。　　 本文利用主成分分析的方法计算出用户手绘输入轮廓的包围盒及其主轴方向,再根据人体各部分在结构上邻接关系,确定用户输入各部分对应的人体结构。通过对融合后的手绘轮廓线进行约束的Delaunay三角剖分的方法,获得手绘人物角色的骨架线并用相应三角形外接圆半径来估计骨架线上点的对应半径。根据上述骨架线和对应半径,用球B样条插值的方法得到最终的球B样条表示的三维人物模型。　　 传统方法生成的动画的效果与动画师的制作经验有直接关系,需要大量的交互且耗费大量的时间和金钱。运动捕捉技术的发展使得快速生成逼真动画成为可能。本文利用运动捕捉数据库中的运动数据文件驱动人物模型,用正向运动学方法更新各关节点的全局坐标,而后修改球B样条人物模型的控制顶点和控制半径,实现了球B样条人物模型的动画。最后,以上述理论为基础,开发出了一套基于手绘输入的三维人物建模及动画系统。