[发明专利]一种多样化虚拟人群生成的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多样化虚拟人群生成的方法，属于仿真技术领域。

背景技术

近年来，人群仿真技术在很多领域均有应用：城市规划、游戏创作、交通路口等。在现实电影拍摄中，高水平电影离不开气势磅礴的场面，通过对群体动画的真实仿真模拟，可以应用于电影动漫产业，从而产生真实壮阔的场景效果；此外，人群仿真可以应用于模拟并且验证安全通道等安全设施设计的合理性，可以用于诸如商场、体育馆、娱乐场等各种公共场所的规划设计中。这就对虚拟人群的生成效率提出了要求。

    从目前的研究情况来看，群体动画中采用的人物角色一般通过手工建模或者几个模型的简单复制，并且动作比较单一。本发明采用扫描模型库中的模型，编码实现变形，同时应用自动嵌入骨骼算法，给所有当前模型及变形模型嵌入骨骼，再定义不同的姿态动作，实现多样化人群。该方法极大地降低了群体建模的复杂性和提高了群体动画真实性。

发明内容

本发明的目的是提供一种多样化虚拟人群生成的方法，以减免手工建模的复杂性，同时避免使用普遍方法建模时所产生的模型相似性，提高大规模人群仿真中的人群真实性。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种多样化虚拟人群生成的方法，其特征是：分别从角色模型多样化、纹理多样化和姿态动作多样化等方面进行设计，通过对人物模型本身高矮胖瘦的改变实现人物体型的差异化，通过对人物赋予不同纹理实现角色外观多样化，并通过嵌入骨骼技术为模型赋予多样化动作。最终实现由给定的少数几个网格模型生成外观各异、动作多样的人群；具体方法按如下步骤进行：

a、扫描人体数据

采集大量的原始模型，采用的方法是随机选择一部分不同性别且不同年龄阶段人群作为扫描对象，用3D全身扫描设备扫描所给真实人群的身高、体重等相关数据；

b、实现人体模型多样化

给所有扫描的原始模型建立PCA（Principal Component Analysis主成分分析）空间，并计算出其特征空间；再定义一个用于对扫描的模型数据进行编码的模板模型，通过已存储的模型数据对模型进行重建和显示，改变特征空间的特征向量，计算PCA权重，投影到PCA空间进而改变模型的身高体重实现胖瘦变化以及其他属性的改变；

c、实现模型纹理多样化

用UV Layout(Headus UVLayout是一款专门用来拆UV的软件)在3DS MAX软件中对模型进行UV展开，在完成模型UV展开后通过贴图来检测UV拉伸与接缝情况；在检测没有UV拉伸和UV 接缝的情况下，运用图像分割算法给UV展开图进行分割，分割成颜色不同的部分如上衣的前面部分、上衣的后面部分、裤子的前面部分、裤子的后面部分等，并给每个部分的区域分配不同的颜色；此时由于上衣（裤子）的前后两面的颜色是不同的，对其进行颜色同步将上衣（裤子）的前后两面归为同一部分便于纹理的填充，再通过给定的小纹理对图中的上衣部分、裤子部分进行填充实现模型的纹理附加，为实现模型纹理各异的效果，采用多样化组合产生多样化纹理模板映射，在系统中对于每个当前的虚拟角色以及变化后的虚拟角色模型分别从纹理库中选择不同的衣服以及附件，从而产生多样化人群；

d、实现模型动作多样化

首先定义好骨架结构，通过变形骨架尺寸以适应模型进行骨架嵌入，骨架嵌入方法采用基于Baran方法的人体模型骨骼嵌入方法。具体过程为：首先通过构建距离场（Distance Field）、近似中轴面（Approximate Medial Surface）、最大球模型（sphere packing）、构建骨架图（Graph Construction）这四步对骨架定义大小以及确定关节点的位置。然后通过离散惩罚函数精确定位关节点的位置，最后进行骨架的嵌入优化。这样就为生成的多样性模型嵌入骨骼。再通过骨骼运动控制做到局部的非刚体变形描述。采集新的运动数据，便可方便地生成新的动画。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明提供的多样化人群建模方法通过扫描获得标准人体数据避免了建模人物身体本身的复杂度，便于生成自然与实际相符的人群。相对于让动画师手动创作这些模型，减少了任务的复杂性以及时间代价。

2、本发明可以通过扫描的模型进行高矮胖瘦的体型变换，产生体型各异的群体，编码过程切实可行。

3、本发明通过纹理动作模板，并通过自动嵌入骨骼算法，产生丰富多样的衣着配件和各种不同的姿态动作等效果。

附图说明

图1 (a)为采集到的一些原始模型示意图。