基于三维运动参数的三维运动模型全自动驱动方法

摘要

本发明公开了一种基于三维运动参数的三维运动模型全自动驱动方法，首先读取运动信息文件，恢复运动数据，得到初始骨骼模板；然后对用户给定的模型，进行骨架线提取，并标注候选关节点；自动匹配相应关节点；进行骨骼和皮肤的自动绑定，完成皮肤顶点骨骼权重的分配。本发明保证了自动提取和匹配的效果还有执行的时间，大大节省了模型驱动的时间，节省了人力，物力。

主权项

1.基于三维运动参数的三维运动模型全自动驱动方法，其特征在于包括下述步骤：(a)读取运动信息文件，恢复运动数据，得到初始骨骼模板；(b)对上一步得到的骨骼模板进行骨架线提取，并标注候选关节点，包括下述步骤：(1)体素化模型，构建距离映射；(2)使用改进的最短路径算法得到任意两个体素间的最小加权路径；用循环迭代算法添加最远的体素到骨架树中，直到所有的体素添加完毕，骨架树生成；(3)把骨架树上的点按照点到模型表面的距离降序排序，从第一个采样点开始，以该点为球心，点到模型表面的距离为半径，添加一个球，顺序执行，如果该点已在某个已添加过的球内，那么不添加球，按序继续下一个采样点，执行到最后一个点为止，把内接球的球心设为候选关节点；(4)以体中心轴为中心对候选关节点进行分类；(c)自动匹配相应关节点，包括下述步骤：(1)标记为脚的关节要在模型底部，对于每个标记为脚的关节，判定值为匹配的点的y坐标和骨骼模板的所有顶点中y坐标最小的点的y坐标之差；(2)度为1的关节点应该距离父节点较远，其判定标准为这一个度为1的关节点匹配到点v₂，它的父节点匹配到点v₁，如果顶点v₃相邻于点v₂，而它的内接球半径至少是点v2内接球半径的1/2，那么判定值为1；(3)不能有长度为0的骨骼链，即关节和它的父节点不能被匹配为同一个节点；如不符，判定值为1；(4)匹配后的骨骼与原始骨骼模板的相应骨骼段比例应相当；(5)标记为对称的骨骼，匹配后也应当对称；(d)进行骨骼和皮肤的自动绑定，完成皮肤顶点骨骼权重的分配，包括下述步骤：利用模拟热平衡效应来分配骨骼权重：模拟热量温度在体空间内部的分配来分配权重，把模型看作为一个绝热导体，设骨骼i，加热骨骼i，使它的温度升到1，同时保持其他的骨骼温度为0，当热平衡后，我们把在这个表面上的顶点的平衡温度作为骨骼i在这个顶点上的权重，平衡方程如下：-Δwⁱ+Hwⁱ＝Hpⁱ，Δ是离散表面拉普拉斯算子，w代表骨骼的权重，pⁱ是一个向量，如果顶点j的最近的骨骼是i，否则H是一个对角矩阵，H_ij是顶点j对最近的骨骼的热权值；设d(j)是顶点j到最近骨骼的距离，一般用H_ij＝C/d(j)²，C是骨骼总数；将H_jj代入到公式中：令V_j代表顶点j的坐标，T_i是i骨骼的变换矩阵，而W_ji是i骨骼对于顶点j的权重，那么B_j为顶点j变换后的新坐标，加载运动数据更新皮肤顶点坐标，实现皮肤变形。