基于运动脚本的三维人体动画自动生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于运动脚本的三维人体动画自动生成方法。在虚拟场景中指定三维人体角色运动的起点与终点，根据场景信息与预先定义的运动偏好参数自动生成起点与终点之间的运动路径，并决定每段路径上对应的角色行为方式；之后，将路径与行为选择信息转换为采用可扩展标记语言ＸＭＬ格式表示的运动脚本数据进行编辑与存储；生成动画时，根据运动脚本数据从运动捕获数据库中检索出符合要求的人体运动数据进行适当编辑，并采用运动缝合算法生成得到最终的三维人体动画序列。使用该方法与系统能够自动、灵活、智能、高效的生成三维人体动画序列，大大提高了三维人体动画制作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机三维动画
，尤其涉及一种。
技术介绍
三维人体动画生成技术一直以来都受到广泛关注，并且在近十年得到快速发展。随着运动捕获系统的推广，出现了越来越多的具有高度真实感的人体运动捕获数据及商用数据库，并在运动仿真、视频游戏、影视特技等领域得到广泛应用。因此，近年来围绕基于运动捕获数据生成三维人体动画的研究与系统开发工作已经取得了一些进展，但是作为实际运用的系统，它们还存在某些不足。 在三维人体动画制作领域，使用较多的软件系统有Maya，3D Max，Kaydara MotionBuilder，SoftImage等。使用上述软件制作虚拟场景中的三维人体动画时需要动画师手工拼接人体运动捕获数据甚至是手工生成每一帧人体运动数据，并根据不同场景要求对得到的三维人体运动序列进行手工调整，最后将三维人体角色、运动数据序列、虚拟场景整合在一起得到最终三维人体动画序列。这个过程需要动画师具有较高的经验性且动画生成过程繁琐、效率低下。 此外在研究领域也有一些方法被提出来用于三维人体动画生成。《美国计算机学会计算机图形专业组’02年会议论文集》(ACM SIGGRAPH’02 Conference Proceedings，pp.473-482)公布了一种基于运动图的三维人体运动生成技术，基于人体运动捕获数据库与运动图模型，用户能够交互式的生成最终的三位人体运动序列。但是该方法没有将虚拟场景的信息与约束考虑进去，因此不能直接用于虚拟场景中三维人体动画的生成。 《美国计算机学会图形学学报》2003年第二期中(ACM Transactions on Graphics 2003，2182-203)公布了一种在虚拟场景中生成三维人体动画序列的方法，采用概率模型在场景表面生成三维人体角色可用的足迹图并利用人体运动捕获数据生成最终三维人体动画序列。但该方法只能处理平面场景模型且用户对生成的三维人体动画序列不能进行编辑。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术的缺点和不足，提供了一种智能、高效、灵活的三维人体动画生成方法，采用多种方式(自动，半自动，交互式)生成三维人体动画序列，提高三维人体动画制作效率。 包括以下步骤 (1)首先采用运动足迹图生成技术生成虚拟场景中数字角色可用的运动路径图；(2)基于运动足迹图与用户定义的运动偏好表，系统自动进行数字角色运动路径规划与行为选择；(3)根据系统给出的自动路径规划与行为选择结果，用户使用交互界面对其进行修改与编辑，并可交互式生成数字角色的最终运动路径；(4)将步骤2)、3)中得到的路径规划与行为选择结果转换为XML格式的运动脚本数据，并可对其进行修改与编辑；(5)根据运动脚本中的运动类型、物理限制等要求，从已有运动捕获数据库中检索所需人体运动数据片断；(6)基于检索出的人体运动数据片断，在运动状态机的指导下应用运动缝合技术生成最终的人体动画序列。 所述的一种虚拟场景中运动路径图生成方法是指将虚拟场景中法向量小于阈值T的相邻三角面片连接起来形成连续运动平面，并利用运动捕获数据库中平均人体运动长度参数L在连续运动平面上进行随机采样生成人体运动足迹点，然后将相互之间距离小于等于参数L的路径点相互连接起来形成路径图。此外，对于场景中狭窄区域采样退化的情况使用概率模型P(v|V)=1iv+1/Σu∈V1iu+1]]>进行修正。 所述的自动数字角色路径规划与行为选择方法主要包括以下几个步骤(1)为数字角色定义运动偏好表，即为每一种类型的运动指定运动偏好系数，且系统为各种基本类型的运动定义了默认的运动偏好系数表，如下(2)对运动路径图中每一条边，采用公式c＝αwd+βwb计算该边上的运动成本并为该边选择运动成本最低的行为方式，其中wd表示路径图中边的长度，wb表示代表偏好系数，α和β表示归一化系数；(3)按照上述方法为路径图中每条边选择行为方式并计算上面的运动成本c后，运动路径图变成一张具有权重的运动规划图。此时采用经典Dijkstra算法搜索整个运动规划图就可以得到介于起点和终点之间的一条运动路径，并且路径上的每一段(路径点之间的边)都已经被指定了相应的行为方式。 所述的XML格式运动脚本生成方法是指得到运动路径与行为选择结果后，将运动路径上具有相同行为方式的相邻边组合在一起，生成由XML格式表示的运动脚本，如下<？xml version＝”1.0”encoding”UTF-8”？> <！DOCTYPE MotionSequences SYSTEM“ms.dtd”> <MotionSequences> <Motion type＝”walk”> <Path> <Point>X1，Y1，Z1</Point> <Point>X2，Y2，Z2</Point> ……<Point>Xn，Yn，Zn</Point> </Path> </Motion> ……<Motion type＝”stepover”> <Path> <Point>XX1，YY1，ZZ1</Point> <Point>XX2，YY2，ZZ2</Point> <Point>XX3，YY3，ZZ3</Point> <Point>XX3，YY3，ZZ3</Point> </Path> </Motion> </MotionSequences> 对应的DTD文件如下 <？xml version＝”1.0”encoding”UTF-8”？> <！ELEMENT MotionSequences(Motion+)> <！ELEMENT Motion(Path)> <！ATTLIST Motion type(walk|run|leapover|stepup|stepdown|stepover|jumpup | jumpdown |jumpover)> <！ELEMENT Path(Point，Point+)> <！ELEMENT Point(#PCDATA)> 所述基于运动脚本的运动数据检索方法包含以下几个步骤(1)将运动脚本文件中的运动单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于运动脚本的三维人体动画自动生成方法，其特征在于包括以下步骤：（１）首先采用运动足迹图生成技术生成虚拟场景中数字角色可用的运动路径图；（２）基于运动足迹图与用户定义的运动偏好表，系统自动进行数字角色运动路径规划与行为选 择；（３）根据系统给出的自动路径规划与行为选择结果，用户使用交互界面对其进行修改与编辑，并可交互式生成数字角色的最终运动路径；（４）将步骤２）、３）中得到的路径规划与行为选择结果转换为ＸＭＬ格式的运动脚本数据，并可对其进行修 改与编辑；（５）根据运动脚本中的运动类型、物理限制等要求，从已有运动捕获数据库中检索所需人体运动数据片断；（６）基于检索出的人体运动数据片断，在运动状态机的指导下应用运动缝合技术生成最终的人体动画序列。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庄越挺，肖俊，吴飞，吴伊自，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]