[发明专利]基于运动捕获数据的三维人体骨架运动编辑方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形学和数字娱乐技术领域，涉及一种根据运动捕获设备进行运动编辑的方法。

背景技术

三维角色动画在三维游戏设计、三维电影制作中有着重要的应用，运动编辑系统对运动捕获数据的重用性、动画效果的逼真性、处理过程的快捷性，操作的易实现性有着很强烈的需求。因此，研究方便、高效的运动捕获数据编辑方法对实际应用具有重要意义。

目前三维人体动画技术总体上可以分为三类：

第一类是基于运动学的人体动画。这类方法将人体模型抽象为树状结构，将四肢躯干看作多段之间无质量的联接关系。根据分析的出发点不同又分为正向运动学和反向运动学两种。如Korein等人提出一种对每一关节段采用层次工作空间的直觉方法；Girard和Maeiejewsld提出一种用逆运动学生成关节运动的方法。

第二类是基于动力学的人体动画。这类方法将角色抽象为一个有质量的树形多刚体系统，根据其物理属性及相应的物理定律来控制物体的运动。根据分析的出发点，可以分为前向动力学计算法、轨迹优化方法(反向动力学法)和控制器法。如Armstrong与Wilhelm使用前向动力学合成来模拟角色行为。

第三类是基于运动捕获的人体动画。采用运动捕获技术进行三维人体动画创作本质上说是一种数据驱动的动画创作方式，具有数据获取容易、精度高、真实感强以及制作效率高等优点。一般来说，可以将人体运动数据重用技术分为运动编辑和运动合成两大类。如Rose等提出的运动混合框架，利用径向基函数对分散数据进行插值。

多种多样的运动学与动力学方法驱动角色动画中的模型表现出人的行为，而且物理学与生物力学方面知识的应用也大大提高了运动的真实性。然而，即使是最高级运动生成技术的真实感也无法与真人运动相媲美，而且之前这两类方法的计算成本也要明显更高。基于运动捕获的方法很好地保留了运动的逼真效果，但是购置运动捕获设备与联系演员表演相应动作都有着高昂的成本，所以通过运动捕获数据编辑技术来提高数据的使用效率与价值，富有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于，利用已有的运动捕获数据，提供一套通过对已有运动素材片段进行编辑与合成生成新目标运动的方法，并使该方法能够广泛应用于人物模型的各种运动。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于运动捕获数据的三维人体骨架运动编辑方法，所述三维人体骨架运动编辑的步骤如下：

步骤S1：将运动捕获数据中所述的运动分为非重复性运动与重复性运动；在运动捕获数据中选定一组待处理非重复性运动片段，对待处理非重复性运动片段联接点处的动作姿态进行分析，如果联接点处的动作姿态易于联接，则将该组非重复性运动片段直接送入步骤S3处理，如果联接点处的动作姿态不易联接，则需要先在这组运动片段的各个运动片段之间插入过渡运动片段，然后再将这组含有过渡运动片段送入步骤S3进行处理；

步骤S2：在运动捕获数据中选定一个重复性运动片段，从重复性运动片段中截取出单个完整周期的运动数据，形成新的待处理重复性运动片段，并对新的待处理重复性运动片段根据需要进行多份复制，所得到的多份相同的单周期重复性运动片段形成一组待处理的重复性运动片段，然后将其送入步骤S3进行处理；

步骤S3：对一组非重复性运动片段及一组重复性运动片段分别进行位置对接操作，消除所述非重复性运动片段及所述重复性运动片段内各个运动片段之间的位移差，从而将所有所述运动片段中角色模型的首末状态调整到便于进行联接的对应位置，分别得到一组待联接非重复性运动片段与一组待联接重复性运动片段；

步骤S4：基于平滑过渡的原则，对一组待联接非重复性运动片段及一组待联接重复性运动片段分别进行运动联接；在联接过程中，应用正弦过渡函数，设定每一个待联接运动片段中的过渡函数作用的帧数范围；运动联接之后，生成一个新的非重复性运动片段及一个新的重复性运动片段；

步骤S5：对一个新非重复性运动片段及一个新的重复性运动片段分别设定其反向运动学约束条件，消除两个运动片段中存在的滑步现象，分别得到无滑步的非重复性运动片段与无滑步的重复性运动片段；

步骤S6：将无滑步非重复性运动片段及无滑步的重复性运动片段各自的骨架模型拓扑结构打散重建，分别得到新的骨架模型拓扑结构；

步骤S7：将无滑步的非重复性运动片段及无滑步的重复性运动片段各自的新骨架模型拓扑结构分别与其各自的旧拓扑结构相结合，并以反向运动学原理为基础任意调节无滑步的非重复性运动片段及无滑步的重复性运动片段中各自新骨架模型运动方向；