基于关键帧和时空约束的三维虚拟人体运动生成方法

摘要

本发明涉及基于关键帧和时空约束的三维虚拟人体运动生成方法，属于计算机三维动画技术领域，该方法包括：使用骨骼结构的多刚体模型作为三维虚拟人体运动控制的几何模型，由几何模型中确定的所有表示自由度的角度参数构成的矢量作为虚拟人体静态姿势形式化描述的参数；制作最小运动跨度和最大运动跨度两个关键帧时刻的人体静态姿势；对运动的时间序列进行等时间或非等时间采样，确定的每个时间采样点的角度偏移量，得出待生成运动过程中各时间采样点的角度参数；再生成该时刻虚拟人体的静态姿势并确定位置参数，生成虚拟人体在三维空间中的运动全过程。该方法无需特殊的视频捕获设备，提高了三维人体动画制作的简易性，具有方便、高效、灵活的特点。

主权项

1、基于关键帧和时空约束的三维虚拟人体运动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：1)首先，使用骨骼结构的多刚体模型作为三维虚拟人体运动控制的几何模型，并确定控制该几何模型运动所需要的关节及其自由度的个数；2)由所述虚拟人三维虚拟人体运动控制的几何模型中确定的所有表示自由度的角度参数构成的矢量作为虚拟人体静态姿势形式化描述的参数；每一个虚拟人体的静态姿势，对应一组自由度的角度参数值；3)对待生成的人体动作，根据正向运动学或逆向运动学制作最小运动跨度和最大运动跨度这两个关键帧时刻的人体静态姿势；人体运动过程中，人体运动部位的运动轨迹在空间内形成一个平面，选取该运动空间平面的两个边界位置的时刻的图像帧，作为最小运动跨度和最大运动跨度两个关键帧；4)对待生成的虚拟人体运动全过程的时间序列进行等时间间隔采样，将该运动过程划分为时间相等的运动段；判断是否需要增加采样点，若是则根据确定的采样点个数及其在时间序列上的位置，继续进行非等时间间隔采样，否则直接进行下一步；5)采用基于时空约束的方法，对步骤4)中的每个时间采样点，通过调节该时刻人体静态姿势的自由度的角度参数相对于最小或最大运动跨度关键帧时刻的偏移量，得出待生成运动过程中各时间采样点的角度参数；对步骤4)中等时间间隔采样得到的所有时间点，判断是否需要增加中间帧，若是，则转步骤6)，否则转步骤7)；对于步骤4)中非等时间间隔采样得到的时间点，转步骤6)；6)对步骤5)生成的所有采样时刻的角度参数进行拟合，生成一条人体运动在所有时刻的连续的角度参数时间变化曲线，使得人体运动的生成画面更加平滑流畅；7)判断待生成的虚拟人体运动在三维空间中的相对位置是否发生变化，若否，则虚拟人体在三维空间中始终位于最初的位置上，直接转步骤8)；若是，则给出不同时刻虚拟人体在三维空间中的位置参数，转步骤8)；8)根据得到的各时刻的自由度的角度参数以及正向运动学方法，生成该各时刻虚拟人体的静态姿势，并根据步骤7)中给出的该各时刻虚拟人体在三维空间中的位置参数，在虚拟世界中的指定位置处加以显示，通过连续播放运动序列，最终生成虚拟人体在三维空间中的运动全过程；所述步骤5)的调节各采样点时刻人体静态姿势的自由度的角度参数相对于最小或最大运动跨度关键帧时刻的偏移量的方法为：以最小运动跨度关键帧时刻的自由度的角度参数作为最小值0，以最大运动跨度关键帧时刻的自由度的角度参数作为最大值1，则在0～1之间调节每个时间采样点的自由度的角度参数。