一种高精度自动骨骼绑定方法技术

本发明专利技术一种高精度自动骨骼绑定方法，包括以下步骤：S1：对与建模对象相似的几何体进行标准建模，得到标准骨骼模型，然后对标准骨骼模型进行手动骨骼绑定；S2：通过采集设备采集与建模对象相似的几何体的模型，生成一个高面数的精确实物静态模型；S3：对所述标准骨骼模型和所述精确实物静态模型进行空间匹配：对所述精确实物静态模型做空间位置的代理骨骼权重精确传递，实现标准骨骼模型对精确实物静态模型的精确控制。本发明专利技术解决了通用的自动骨骼动态绑定的工具精度低的技术问题。动态绑定的工具精度低的技术问题。动态绑定的工具精度低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度自动骨骼绑定方法


[0001]本专利技术属于三维动态图形处理
，尤其涉及一种高精度自动骨骼绑定方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，计算机已经成为主要的动画制作工具。动画制作过程中最具有挑战性的、对动画效果起到决定作用的是三维人体动画。对三维人体角色的建模是动画技术的重点，包括运动捕捉、建模技术、运动控制技术等方面。其中骨骼绑定技术属于运动控制技术范围：骨骼控制一定数量的顶点，将三维模型的绑定作为一个整体，通过顶点混合动态计算不同运动状态下绑定的顶点位置，从而得到角色的运动效果。骨骼绑定技术主要研究骨骼中运动数据带动人体模型运动而产生动作。相对于二维动画，三维动画需要更多的规则限制，因此三维人体骨骼绑定技术具有非常大的挑战性。
[0003]然而，目前市面上大部分骨骼绑定工具，只能由专业的动画绑定师通过手动操控的方式对已有静态模型进行骨骼搭建、并对各个部分的骨骼绑定来实现对静态模型的变形操控，这种传统的几何模型变形方式虽然能够准确的模拟几何体各个部位不同的变化权重，但是在实际开发中效率低下，不适应现代开发的需求：（1）骨骼搭建的效率低下，熟练的动画绑定师即使使用成熟的商业工具，也会消耗较长的时间；根据几何形态的不同，骨骼搭建的时间不可控；（2）完成骨骼搭建以后，对于复杂几何体，需要手动的对几何体各个部分分配不同骨骼的权重，从而实现骨骼对几何体网格的变形控制。基于复杂骨架和复杂几何体，时间复杂度是O(m*n)，m表示几何体的顶点数，n表示骨骼的数量，而且全部是凭借动画绑定师的经验手动完成，效率完全不能适应现代开发和某些特殊场景需要快速动态的绑定骨骼。中国专利技术专利CN110310351A提供了一种基于草图的三维人体骨骼动画自动生成方法：以简化骨骼动画制作的交互方式作为着手点，以草图图像输入的方式提供待生成动画的首尾帧，使用Tensorflow构建神经网络框架分别实现系统的草图三维重建和骨骼动画插值帧信息自动合成两部分模块，最终实现了人体骨骼动画自动生成，提高了效率。
[0004]市面上虽然出现了通用的自动骨骼动态绑定的工具，但是其实现方式由于几何体的精确度难以统一，所以只能用已有的通用骨骼根据骨骼和需要绑定的几何体在3D空间中的相对位置做近似的包围检测，从而实现骨骼权重的大致映射。对简单的几何体，勉强能满足需求，但是对于复杂几何体，由于直接用骨骼和静态模型的顶点的做几何包围的检测，误差会累积过大，导致复杂几何体的细节部分无法准确的映射正确的骨骼权重，所以绑定完毕，复杂几何体可能会出现模型相邻部位的变形不一致，不协调，甚至出现穿模的情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种高精度自动骨骼绑定方法,以解决通用的自动骨骼动态绑定的工具精度低的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的一种高精度自动骨骼绑定方法的具体技术方案如
下：一种高精度自动骨骼绑定方法，包括以下步骤：S1：对与建模对象相似的几何体进行标准建模，得到标准骨骼模型，然后对标准骨骼模型进行手动骨骼绑定；所述标准骨骼模型具有顶点；S2：通过采集设备采集与建模对象相似的几何体的模型，生成一个高面数的精确实物静态模型，作为待绑定的实物模型；S3：对所述标准骨骼模型和所述精确实物静态模型进行空间匹配：以所述步骤S1所得的标准模型的顶点作为代理骨骼的顶点，对所述精确实物静态模型做空间位置的代理骨骼权重精确传递，实现标准骨骼模型对精确实物静态模型的精确控制。
[0007]进一步，步骤S3所述的空间匹配实现的方法包括如下步骤：mesh生成、mesh坐标调整、mesh遍历、顶点权重传递、修正平滑权重。
[0008]更进一步，所述mesh生成包括以下步骤：所述采集设备云生成的实物mesh，记为mesh1，已有的标准带骨骼的实物模型mesh，记为mesh2；mesh2的骨骼记为Bone[n]，骨骼变换矩阵记为BoneMatrics[n]；所述mesh坐标调整包括以下步骤：将mesh1、mesh2放置在空间的原点(0,0,0)处；所述mesh遍历包括以下步骤：如果mesh1和mesh2出现交叉重叠，取mesh2的顶点开始遍历，每个顶点搜索其局部坐标空间下，阈值半径r1的球体内，存在mesh1的哪些顶点，将搜索到的顶点的索引放入特定的缓冲，记为vexterIndexBuffer[m],直到遍历完所有mesh2的顶点；每个vexterIndexBuffer[i]中存放了mesh1在阈值半径r1内的mesh1的顶点的索引；所述vexterIndexBuffer[i]为int数组；所述顶点权重传递包括以下步骤：再次遍历vexterIndexBuffer[m]，将vexterIndexBuffer[m]收集到的顶点逐一传递mesh2对应的顶点的权重；所述修正平滑权重包括： 修正权重：完成权重传递后，由于mesh1的一个顶点被mesh2几个顶点同时包含，在上一步顶点权重传递中会进行距离判定和权重更新，传递权重后的mesh1的顶点上的权重部分可能出现4个Bone的权重之和大于1或者小于1的情况，遍历mesh1的所有顶点，检测顶点4个权重大于1或者小于1的情况，按照读取的权重比例，将4个权重压缩(或者放大)至4个权重相加之和等于1，使mesh1的显示比例正常；平滑权重：遍历mesh1的所有顶点，在另一个阈值半径r2的范围内，每两个顶点之间同一个骨骼的权重分配值大于某个阈值a，重新调整这两个顶点当前骨骼权重的分配使其平滑，同时调整当前顶点内其他3个骨骼权重的比例，使其满足4个Bone权重相加等于1。
[0009]更进一步，所述修正平滑权重还包括使用训练过的Deeplearning深度网络对完成顶点权重传递的生成模型进行骨骼权重矫正，使其进一步平滑。
[0010]进一步，根据情况重复所述修正平滑权重步骤；处理完毕后，平移或者旋转mesh2的骨骼，mesh1的相应部位也会跟着骨骼移动或者旋转，实现mesh2到mesh1的骨骼权重传递。
[0011]进一步，所述阈值半径r1的值为0.5cm至1cm。
[0012]本专利技术的高精度自动骨骼绑定方法具有以下优点：本专利技术首先对一类外形相似的几何体进行标准建模和手动骨骼绑定，再通过采集设备的精确实物静态模型和已有的标准模型进行空间匹配，以标准模型的顶点作为二次代理骨骼，对设备采集到的精确实物静态
模型做空间位置的代理骨骼权重精确传递，最后完成标准骨骼对采集模型的精确控制。本专利技术解决了普通外形相似几何体直接骨骼映射造成的精细几何体绑定容易出现较大的误差和穿模的技术问题。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的高精度自动骨骼绑定方法流程图；图2为本专利技术的步骤S3的算法步骤图；图3为本专利技术方法的应用场景步骤S3流程图。
具体实施方式
[0014]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图，以人脸自动骨骼绑定为例，对本专利技术一种高精度自动骨骼绑定方法做进一步详细的描述。
[0015]如图1所示，本专利技术的高精度自动骨骼绑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度自动骨骼绑定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对与建模对象相似的几何体进行标准建模，得到标准骨骼模型，然后对标准骨骼模型进行手动骨骼绑定；所述标准骨骼模型具有顶点；S2：通过采集设备采集与建模对象相似的几何体的模型，生成一个高面数的精确实物静态模型，作为待绑定的实物模型；S3：对所述标准骨骼模型和所述精确实物静态模型进行空间匹配：以所述步骤S1所得的标准模型的顶点作为代理骨骼的顶点，对所述精确实物静态模型做空间位置的代理骨骼权重精确传递，实现标准骨骼模型对精确实物静态模型的精确控制。2.根据权利要求1所述的高精度自动骨骼绑定方法，其特征在于，所述步骤S3所述的空间匹配实现的方法包括如下步骤：mesh生成、mesh坐标调整、mesh遍历、顶点权重传递、修正平滑权重。3.根据权利要求2所述的高精度自动骨骼绑定方法，其特征在于，所述mesh生成包括以下步骤：所述采集设备云生成的实物mesh，记为mesh1，已有的标准带骨骼的实物模型mesh，记为mesh2；mesh2的骨骼记为Bone[n]，骨骼变换矩阵记为BoneMatrics[n]；所述mesh坐标调整包括以下步骤：将mesh1、mesh2放置在空间的原点(0,0,0)处；所述mesh遍历包括以下步骤：如果mesh1和mesh2出现交叉重叠，取mesh2的顶点开始遍历，每个顶点搜索其局部坐标空间下，阈值半径r1的球体内，存在mesh1的哪些顶点，将搜索到的顶点的索引放入特定的缓冲，记为vexterIndexBuffer[m],直到遍历完所有mesh2的顶点；每个vexterIndexBuffer[i]中存放了mesh1在阈值半径r1内的mesh1的顶点的索引...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，
申请(专利权)人：埃瑞巴蒂成都科技有限公司，
类型：发明
国别省市：