一种可形变物体的高真实感动画合成方法

摘要

本发明公开了一种可形变物体的高真实感动画合成方法，该方法包括：基于扫描设备重建可形变物体的精确三维网格模型；从该三维网格模型中提取若干用于驱动该可形变物体发生形变的网格点作为控制点，并将若干控制点的真实位移作为输入，获得形变后的若干控制点的位置；根据控制点形变后的位置，并将该可形变物体体积不变作为约束条件，通过最小化形变能量函数，计算得到该三维网格模型中其余网格点形变后的位置，从而获得该可形变物体的高真实感动画。通过采用本发明公开的方法，简化了工作过程，且可合成较高真实度的可形变物体的动画。

主权项

一种可形变物体的高真实感动画合成方法，其特征在于，该方法包括：基于扫描设备重建可形变物体的精确三维网格模型；从该三维网格模型中提取若干用于驱动该可形变物体发生形变的网格点作为控制点，并将若干控制点的真实位移作为输入，获得形变后的若干控制点的位置；根据所述形变后的若干控制点的位置，并将该可形变物体体积不变作为约束条件，通过最小化形变能量函数，计算得到该三维网格模型中其余网格点形变后的位置，从而获得该可形变物体的高真实感动画；其中，所述根据所述形变后的若干控制点的位置，并将该可形变物体体积不变作为约束条件，通过最小化形变能量函数，计算得到该三维网格模型中其余网格点形变后的位置，包括：该三维网格模型中任一三角面片上的三个网格点的初始位置分别为p₁、p₂与p₃，发生形变后的位置设为与并在该三角面片上添加一用于指定该三角面片法向量的辅助网格点p₄，则有：p₄＝p₁+(p₂‑p₁)×(p₃‑p₁)/||(p₂‑p₁)×(p₃‑p₁)||；该三角面片形变时对应的形变矩阵为[Q,d]，其中Q为3×3的变换矩阵，d为3×1的平移向量，形变前后，三角面片的网格点位置满足如下关系：其中r＝1,2,3,4；计算求得形变矩阵Q：其中，P＝[p₂‑p₁,p₃‑p₁,p₄‑p₁]；该可形变物体的形变能量记为：其中，Q_i为三维网格模型中第i个三角面片所对应的形变矩阵，I为单位矩阵，M为该三维网格模型中三角面片的总数；该可形变物体形变前后的体积分别为V₀与V，则有：$V=\frac{1}{6}\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{p}_{i,1}·(p_{i,2}\times p_{i,3});$其中，网格点p_i,1、p_i,2、p_i,3分为网格模型中第i个三角形的三个网格点；将该可形变物体体积保持不变作为约束条件，则有：V‑V₀＝0；若该可形变物体若干控制点的个数为三个，其初始位置分别为c₁、c₂与c₃，其形变后的位置分别为v₁、v₂与v₃，则利用高斯牛顿法求解下述优化问题，从而求得其余网格点形变后的位置：Subject to V‑V₀＝0；其中，N为该三维网格模型中网格点的总数。