基于运动捕获的动画展示与运动编辑技术研究

随着三维动画广告在电视屏幕上的频频播映，计算机动画已经悄无声息地走 进了人们的日常生活。目前采用计算机图形工作站和先进的动画软件所生成的三 维动画可产生非常逼真的效果，以假乱真。尚在设计中的城市小区在计算机动画 中可变成拔地而起的高楼，尚在设计的时装在未成衣前就可以用计算机虚拟的模 特着装走台展示，早已绝迹的古代恐龙可以在屏幕上成群地奔跑，种种不可思议 的奇迹可以凭借计算机动画技术而神奇地再现。 人体动画是计算机图形学中一个快速发展的研究领域，运动捕获技术的使用 更为其注入了新的活力。运动编辑对捕捉到的运动数据进行改编生成新的运动， 大大提高了数据的利用率。 本文将研究人体运动模型和人体运动的人机工程特点，进而研究模特动画运 动控制方法，最后研制了基于运动捕获的动画展示和编辑系统，以支持服装设计， 模特走台动作编排以及虚拟试衣等多方面的应用。具体工作如下： 本文首先对动画技术的起源，研究内容和国内外的研发应用现状进行了广泛 和深入的研究，综述了目前应用较多的各种类型的计算机动画技术特点和内容， 分析了计算机动画的发展趋势，并详细介绍了基于运动捕获的动画系统及其应 用。接着本文介绍了三维人体建模型与运运控制技术。在三维人体模型方面，本 文介绍了分层表示模型以及H-Anim和MPEG4等人体建模国际标准。在人体运动 控制技术方面，介绍了包括正向运动学和反向运动学等多种运动控制方法。为模 特动画展示应用建立理论和技术基础。 接下来本文研究了基于运动捕获的模特动画展示技术。研究了模特走台动作 的特点和它的人机工程特点，提出了适应服装业量身定制要求的参数化人体模 型，建立人体运动方程，分析运动捕获数据文件，实现基于运动捕获的模特动画 展示。运动捕获和运动编辑是计算机动画中最关键的技术。运动捕获得到的运动 数据简单且带有噪声，运动类型也比较单一。因此，需要对运动捕获的原始数据 进行编辑处理，再生出不同场景下的多种运动。本文接着研究了运动编辑算法 CCD及其实现，提出了加入关节生理约束后的改进CCD算法。 最后，应用以上技术，本文实现了基于运动捕获数据的动画展示和编辑系统， 介绍了项目的前期工作，JAVA开发工具，并对其中的关键模块和相关技术做了 说明。