[发明专利]一种三维人体模型的骨骼绑定方法

说明书

本发明提供一种三维人体模型的骨骼绑定方法，包括：获取三维人体模型的几何数据；为每一个皮肤控制点分别建立筛选域，计算筛选数据填充至筛选域中；对各筛选域中的筛选数据进行筛选，筛选出各筛选域中影响到皮肤控制点的骨骼线段；计算得出每一个皮肤控制点分配给各个骨骼线段的权重数值；根据骨骼线段对于皮肤控制点的影响程度完成三维人体模型的骨骼绑定。本发明仅根据皮肤控制点与骨骼信息进行骨骼绑定，能使用更少的基础数据进行绑定，降低人工所需参与，与现有技术中需大量人工校对和调试相比，更加简捷方便。根据骨骼线段穿过的皮肤层数来进行皮肤控制点与骨骼之间的映射，能够更加精确地确定每块骨骼实际影响范围，绑定错误概率大大降低。

技术领域

本发明属于计算机动画技术领域，特别涉及一种三维人体模型的骨骼绑定方法。

背景技术

计算机动画是由美术、音乐、物理学、计算机图形学组成的一种艺术产物。在视频这一新的媒介引导下，多种艺术学科的发展和展示得以以另一种方式获得新生，同时使得各门类学科有机地结合在虚拟世界的平台上。计算机动画技术已经成为计算机图形学的研究重点之一，应用于如虚拟现实、增强现实、影视CG制作、运动仿生和医学数据现实化研究等热门领域。计算机动画技术在影视娱乐等产业中已经早有应用且已经成熟化了。而动画的制作过程中最具难度但对动画效果起到决定性作用的研究方向就是人体动画。

在计算机动画的领域里，人体角色的建模和角色模型动画技术从来都是重中之重，每年的图形学年会(SIG Graph)甚至是娱乐产品年会(E3)都不断有人提出角色动画技术和其将来的发展方向。然而Motion Capture(运动捕获)、建模技术、运动控制技术等方面都存在或多或少的不足。建模技术指的是动画模型各个层面之间的联系；运动控制技术是利用符合运动学、动力学的运动数据控制模型运动；运动捕获顾名思义主要是指在对更加完美地对捕获数据进行编辑存储，还要保持运动数据更新次数的高频信息：表达某一模型其运动特点的细微的信息)的技术；绑定技术主要研究运用骨骼中的运动数据带动人体模型运动从而组织动画，想要模型变形符合生物特征，动画效果的失真情况很少。这些技术的共同合作才产生了美轮美奂的3D动画和电影。

想要在二维的平面上创造出逼真的三维效果，同时利用编辑将数据化作如同真实世界般的运动，计算机动画就是在屏幕上追求极限的逼真，但可想而知其难度之大。主观上，大自然造就的生命鬼斧神工，构造复杂，没有任何精细建模手段可以匹及，为了完美地模拟动物体其内部的细节，就需要更加精细和大量的计算，时空复杂性又严重对其进行了限制，越逼真的建模技术就意味着越难以得到普及，运用几何学生成的骨骼皮肤两层模型也就自然而然地占据角色动画应用模型的主要部分。同样，不仅仅是人物静态的刻画，人体运动也很难完美地被控制，如果失真情况严重就很容易被人们发现，将真实世界的动作嫁接到计算机动画中，用点和线捕获真人的运动数据，这就是获得生成模型骨骼匹配的运动数据的主要方式，从另一方面，运动捕获数据还需要很多后期人工修改等操作(重用和编辑)，如何在生成数据的同时保证数据的高质量(动作特征和真实感)，难以两者兼顾。运动数据只能保证点和线的运动，但不是每个动画都是“小小火柴人”，皮肤应随骨骼运动而运动，骨骼皮肤绑定技术(Skinned Mesh)即骨骼蒙皮技术发展至今还算不上完美，既没有较为成熟的绑定流程，复杂的绑定操作又使得蒙皮成了专业人士才能踏足的领域，其中某一操作环节若是发生失误，都可能导致最后生成的动画失真严重，影响观感。普通的蒙皮方法绑定效果满足不了生物体运动真实感的需要，而先进的蒙皮方法因为时间复杂度的限制难以推广，两难的选择下蒙皮技术发展举步维艰。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种三维人体模型的骨骼绑定方法。

本发明的技术方案是：

一种三维人体模型的骨骼绑定方法，包括以下步骤：

步骤1：获取三维人体模型的几何数据，包括皮肤层数据和骨骼层数据；将网格状的皮肤层数据划分为三角面群，将树状结构的骨骼层数据进行遍历划分成为骨骼线段组；