一种直接传递三维模型姿态的方法技术

本发明专利技术为一种直接传递三维模型姿态的方法，涉及计算机图形技术，可直接将源三维模型的姿态传递给目标三维模型。首先，用户指定源／目标模型特征对应锚点，然后由对应算法自动建立源和目标三角形的对应关系；接着，三角形面片被旋转和平移以生成一个临时网格，该网格提取了参考目标网格的刚性成分，而同时又尽可能地保留了源网格的姿态信息；然后把临时网格中的面片依照预定义的拉普拉斯微分约束重新进行排列，拼接生成有意义的三维模型。本发明专利技术方法解决了单个三维模型之间的姿态传递，无论是总体的骨架结构还是精细的皮肤形变；帮助三维动画师高效快速地利用已有的三维模型库来制作具有复杂姿态的三维模型，而无需从零开始或者费时地反复手动调节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机图形
，是——模型转导，可以直接将源三维模型的姿态传递给目标三维模型。
技术介绍
网格形变无论是在计算机建模还是在计算机动画领域都有着广泛地应用。三维动画师和艺术家们在三维制作软件中使用各种形变工具来手工编辑虚拟角色的脸部表情和身体形状。这些方法不仅需要大量的艺术技巧用于调节形变，而且很难将结果重用到新的三维模型上。为了用已调节好参数的三维模型来控制其他三维模型的形变，特定的形变参数必须匹配到新的形状上。在许多情况下，设定这些参数非常地费时以至于不如重新开始。Noh等人在SIGGRAPH’2001上提出了表情克隆的概念，脸部表情从源模型传递到目标模型。在这种方法中，每个表情被解码成顶点位移，其表征了参考脸和表情脸的差别。表情克隆用启发式方法来适配位移向量的方向和大小，以解决源和目标模型的不同比例问题。这种表述和适配技术仅适用于脸部表情。Sumner和Popovic在SIGGRAPH’2004上提出的形变传递方法是表情克隆概念的扩展，其将源三角形网格的形变应用到参考目标三角形网格中。为了生成形变后的目标模型，无论是使用表情克隆还是形变传递方法，都必须同时给定参考源模型、形变后的源模型以及参考目标模型。表情克隆和形变传递的另一个局限是源和目标参考网格必须有相同的运动姿态，因为这两种方法复制由变形所导致的形状改变。此外，如果源形变本身缺乏真实性，显然由源形变所生成的形变目标模型也一定不够生动，而且不幸的是无法提供有效的手段来改善结果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供——模型转导，是一种基于网格的方法，可以直接将源三维模型的姿态传递给目标三维模型。本专利技术的又一目的是提供——模型转导，该方法是通用的，不需要源模型和参考目标模型共享一样数目的顶点和三角形。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是提供——模型转导，可以直接将源三维模型的姿态传递给目标三维模型；模型转导主要通过以下步骤来实现第一步，用户指定源/目标模型特征对应锚点，然后由对应算法自动建立源和目标三角形的对应关系；第二步，三角形面片被旋转和平移以生成一个临时网格，该模型提取了参考目标网格的刚性成分，而同时又保留了源网格的姿态信息；第三步，把临时网格中的面片依照拉普拉斯微分约束进行重新组合，通过求解全局优化形变来得到最终的三维模型。所述的方法，其所述第一步中，不需要源模型和参考目标模型共享一样数目的顶点和三角形，即如果源和参考目标网格有不同数目的顶点和三角形，用户可首先通过指定源/目标模型的特征对应锚点，用迭代最近点的方法将参考目标网格尽可能逼近地形变到源网格，并同时自动求得源/目标所有三角形面片的对应关系，此对应过程用二次误差函数描述为E(V′)=wiΣi=1|T|||Qi-I||F2+wmΣi=1m||Qivi-mi||2]]>+Σs=1|T|ws(Σj∈adj(s)||Qs-Qj||F2)+wcΣi=1n||vi′-ci||2.]]>所述的方法，其所述第二步骤为生成临时刚体网格，即对于每一对源/目标三角形，找到一个临时三角形{v1r，v2r，v3r}，其由旋转、平移参考目标三角形而获得；为了编码源网格的姿态信息，临时三角形由最小化以下二次误差函数获得 同时满足||virvjr||=||vi0vj0||]]>(i，j)∈{(1，2)，(2，3)，(3，1)}其中，vi0为参考目标三角形的顶点、 为源三角形的顶点，i＝1，2，3，4。所述的方法，其所述第三步骤为平移三角形并满足细节微分约束，平移项Et用二次误差函数描述为Et(V′)=Σt=1|T|wt(Σ(i,j)∈{(1,2),(2,3)}||vi′vj′-virvjr||2)]]>微分约束项El用二次误差函数描述为E1(V′)=Σk=1|T|wk(Σi=13||Qkδi-ξ(vi′)||2)+Σs=1|T|ws(Σj∈adj(s)||Qs-Qj||F2)]]>完整的目标函数E为以上两个二次误差函数之和E(V′)＝Et+El。本专利技术考虑了一个非常不同而且富有挑战的问题如果参考源模型不可得，即只有形变后的源模型和参考目标模型，那么我们能否得到既具备源模型的姿态又同时保持参考目标模型几何细节特征的形变目标模型呢？本专利技术方法称之为模型转导，这种方法能应用于不同结构的网格(即不同的顶点数，不同的三角形数，以及不同的网络连接关系)，通过计算目标形状的全局优化形变，可以传递任意的非线性形变。附图说明图1本专利技术——模型转导示意图；图2本专利技术中生成临时刚体网格示意图；图3(a)使用已有形变传递方法，狮子的形变传递到猫上的示意图；图3(b)使用本专利技术模型转导方法，猫直接模仿狮子的姿态的示意图；图4(a)使用已有形变传递方法，猫的形变传递到狮子上的示意图；图4(b)使用本专利技术模型转导方法，狮子直接模仿猫的姿态的示意图；图5使用本专利技术模型转导方法，一个老年男子直接模仿一个青年男子表情的示意图。具体实施例方式在计算机图形学中，三维表面采用全局或局部坐标系表示。全局坐标系统显式地指定出几何数据的全局欧拉坐标以表征特定的形状。相比之下，局部坐标系统编码了表面的内在几何参数。全局坐标系统可方便地用于几何变换、纹理、碰撞检测以及渲染。而另一方面，局部坐标系统适用于要求保持表面局部细节特征的网格编辑操作。为了实现——模型转导方法，我们实现了一种网格重建系统，其既包括了全局特征也包括了局部特征。这种表示方法假定一些三角形为独立且旋转不变的刚性面片，其采用全局坐标来定义。另一方面，一系列预定义的约束(如将几何细节信息编码成拉普拉斯微分形式)同时放置于邻接三角形面片之中，其定义为局部坐标。为了将三角形网格拼接成有意义的模型，刚性定义的三角形被平移、旋转，并同时满足预定义的微分约束。这个系统既有全局坐标又有局部坐标系统的优势一方面，刚性定义的三角形具有显式的表示，被描述成绝对欧拉坐标。这些三角形相对地独立，并具有重建整个网格某些区域的能力；另一方面，将几何细节编码成微分坐标提供了一种内在的表面网格表征形式，网格几何能在保持局部外观的情况下重建出来。三角网格是表面的当前主流表示形式之一。因为任意多边形都可以很方便地被剖分为三角形网，故这里只讨论三角形网格曲面的处理。——模型转导，包括主要两个步骤首先提取参考目标网格的刚性成分并将其放置于源网格上，然后根据局部定义的拉普拉斯属性约束，将这些刚性面片进行重新组合，通过求解全局优化形变来得到最后结果。下面的过程将详细描述每一个步骤。1、生成临时刚体网格我们将形变表示为三角形的仿射变换集合。用vi0和 分别代表参考目标三角形和源三角形的顶点。其中v4(v40或 )被定义为垂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接传递三维模型姿态的方法，可以直接将源三维模型的姿态传递给目标三维模型；其特征在于，模型转导通过以下步骤来实现：第一步，用户指定源／目标模型特征对应锚点，然后由对应算法自动建立源和目标三角形的对应关系；第二步，三角形面片被旋转和平移以生成一个临时网格，该网格提取了参考目标网格的刚性成分，而同时又保留了源网格的姿态信息；第三步，把临时网格中的面片依照拉普拉斯微分约束进行重新组合，通过求解全局优化形变来得到最终的三维模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴怀宇，潘春洪，杨青，马颂德，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]