[发明专利]一种基于水平集中心聚类的3D角色模型骨架提取方法

说明书

技术领域

本发明属于三维动画制作技术领域，特别涉及一种基于水平集中心聚类的3D角色 模型骨架提取方法。

背景技术

随着虚拟现实技术以及数字媒体技术的发展，人们对于三维角色模型动画的制作 的需求也越来越多，作为多媒体技术的重要组成部分，三维动画制作的技术在近年来得到 了很大的发展，但是在目前的主流的三维角色制作过程当中仍然以手工制作为主，主要采 用3DMax或者是Maya等商业软件进行设计和制作，但是现阶段的动画创作产业仍面临着缺 少合适的计算机动画制作相关方面知识和经验的优秀的人才资源等问题，因此在当今的三 维动画的制作过程中仍然需要一定的劳动力以及花费大量的脑力。人们现在使用较为广泛 的计算机动画技术有关键帧以及动力学方法等。但是，这些方法都有共同的一个缺陷：制作 耗时耗力，同时需要制作者具备较高程度的制作技巧和专业知识。

随着更多人对于三维角色动画制作出现需求，需要一种简便的方式来进行三维动 画的制作，以让更多缺少三维人物动画制作经验的人参与到这项工作中来，例如用户自己 选择模型，动作等，之后由程序自动生成合适的动画。因此自动进行三维人物动画制作技术 已成为科研工作者或者工程师们的研究热点。这样不仅省时省力，还能让更多人参与到动 画制作中。在这个背景下对运动重定向技术中模型的骨架提取进行简化和自动化，成为了 角色动画领域中非常关键的一环。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于水平集中心聚类的3D角色模型骨架提取方法。

本发明的技术方案是：

一种基于水平集中心聚类的3D角色模型骨架提取方法，包括以下步骤：

步骤1：利用高度函数作为Morse函数对3D角色模型进行切割处理，得到切割后的 交点集合；

步骤2：将切割后的交点集合根据交点之间的连通性来进行聚类，聚类成若干子水 平集：如果某两个交点为高度平面与一个三角网格面相交形成的，则将这两个交点保存成 一个线段，利用线段之间的连接性来进行聚类，得到若干子水平集；

步骤3：将水平集的面积和似圆性作为筛选条件，将面积大于水平集面积阈值且似 圆性大于似圆性阈值的水平集筛选出来；

步骤4：将筛选之后的水平集利用水平集的中心进行聚类，从而将水平集分割为3D 角色模型的双臂、双腿以及躯干；

步骤5：将得到的骨架线嵌入到3D角色模型中。

所述步骤1的具体步骤如下：

步骤1-1：选取高度函数对3D角色模型进行处理得到3D角色模型高度h_model；

步骤1-2：设定3D角色模型切割次数n，从3D角色模型的最上方开始进行切割，每隔 h_model/n距离取一个平面即高度平面；

步骤1-3：读取FBX文件中的三角网格面，将每一个三角网格面在y轴方向的最大值 y_max和最小值y_min保存到数组中，对各三角网格面在y轴方向的最大值y_max进行排序；

步骤1-4：计算3D角色模型的每一个高度平面与三角网格面的交点，得到各高度平 面能够相交的三角网格面列表；

步骤1-5：根据各高度平面能够相交的三角网格面列表，确定各高度平面与其能够 相交的三角网格面之间的交点，即切割后的交点集合。

所述步骤1-4的具体步骤如下：

步骤1-4-1：遍历数组中的每一个三角网格面，如果当前三角网格面的在y轴方向 的最大值y_max大于当前高度平面P_current，则执行步骤1-4-2，否则从当前三角网格面之后的 所有三角网格面都不再与当前高度平面P_current相交，停止遍历，得到的三角网格面列表为 能够与当前高度平面P_current相交的三角网格面列表；

步骤1-4-2：判断当前三角网格面的在y轴方向的最小值y_min是否大于当前高度平 面P_current：是，则当前三角网格面在当前高度平面P_current之上，遍历下一个三角网格面，返回 步骤1-4-1；否则当前三角网格面与当前高度平面P_current能够相交，保存当前三角网格面， 遍历下一个三角网格面，返回步骤1-4-1。