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运动捕捉技术作为计算机动画技术的重要组成部分,近年来成为不少研究人员关注的课题。通过运动捕捉技术得到的运动参数得到了广泛的应用。对运动参数的重用能够提高其使用效率,因此基于运动参数库(简称为运动库)的人体运动生成方法得到了广泛的研究。基于这样的考虑,本文对基于运动库的人体姿态重构及其相关技术进行了研究,探讨了基于运动库的三维人体姿态重构和动画生成的方法。
本文试图通过对运动捕捉数据以及类似结构文件的分析,总结出其内容和结构的规律;同时根据MPEG—4标准选定人体模型中的特征关节点;然后通过外部程序实时地读取相关关节点的参数,并结合VC++6.0和OpenGL重构人体姿态和生成动画内容。随着计算机可视化和人机交互技术的快速发展,这种便利的三维人体姿态设计方法将会具有更加广阔的应用前景。研究内容包括:
(1)分析运动文件的格式。文中通过对运动捕捉数据以及三维人体造型设计软件Poser自带的PZ3运动数据文件的深入分析,总结了运动文件的结构和内容。通过大量的对比实验,可以准确地在运动文件中定位到各个特征关节点及其参数。
(2)实现运动参数的提取。文中首先根据MPEG—4标准构建了一个包含17个特征关节点的树状结构人体骨架模型,然后提出并实现了一种利用外部程序提取相关参数的算法。在应用程序中可以将运动捕捉得到的文件或者结构类似的文件如PZ3文件(包含图象及动画文件)中的关节参数提取出来并且添加到运动库中,使用该功能可快速生成运动库。
(3)初步实现人体姿态的重构。文中提出并实现了一种根据特征关节点参数及原始骨架绘制人体骨架姿态的算法,初步实现了人体姿态的重构。在应用程序中,可以根据当前记录中的参数值以及修改后的值实时重构人体姿态,还可以连续重构动画文件中的人体姿态。
(4)初步实现动画内容的生成。文中提出了一种通过外部程序生成动画文件内容的算法。首先从运动库中抽取合适的参数记录,同时在动画中定位到某一帧的各个参数,然后将抽取出的参数记录一一写进对应的位置:对每一帧循环进行这样的操作,即可生成动画内容。
本文与现有的三维人体运动生成方法相比,思路的特别之处在于:在分析运动数据文件而不借助信号处理算法的前提下,直接对人体运动文件中的运动参数进行提取从而生成数据库;并进一步将提取出来的参数应用于人体姿态重构和动画内容生成。