大规模群体表演动画合成方法及设备技术

本发明专利技术提供一种大规模群体表演动画合成方法，首先确定待合成的大规模群体表演动画的初始状态并获取小规模群体表演动画的实例数据；然后建立群体运动对偶图，根据所述小规模群体表演动画来合成所述大规模群体表演动画。该方法通过群体运动对偶图可以把表面上看起来运动特征相似的小规模群体表演动画和大规模群体表演动画之间关联起来。借助于群体运动对偶图，用户只需要手工设计或通过已有的各种群体运动捕获方法得到小规模群体表演动画，就能够自动的生成大规模群体表演动画。而且设计者对大规模群体表演动画的编辑和控制可以间接的通过编辑和设计小规模群体表演动画来达到目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于涉及计算机图形学领域，尤其涉及群体合成技术。
技术介绍
群体运动合成技术在近些年受到了愈来愈多的关注，它广泛的应用在诸多领域中，尤其是大型表演的虚拟演练和电影工业的群体运动特效合成等方面。在这些应用中的群体运动往往通过展示它们的宏观属性来达到模拟的目的，比如大型开幕式表演中成百上千的演员构造出带有艺术造型的群体队形以表达大会的主题思想或者电影中通过千军万马的两军对垒场面来展现特定的战术安排。与一般人群运动不同，在大型团体表演活动和影视中的群体，其运动需要听从导演指挥。群体运动的目的是表演，即根据导演的意图，在指定的时间到达指定的地点完成指定的动作。与之相应的动画，我们称之为群体表演动画。与一般的群体动画不同，在群体表演动画合成过程中，需要以一定形式表达设计者的创作意图，并通过技术手段实现对虚拟群体运动的控制，让他们“听从导演指挥”。实现百人级甚至上千人的大规模群体的表演动画，需要解决几个方面的关键问题:1)如何表达导演的创作意图，表达的形式即要简洁又要直观，从而便于导演理解和交互创作。2)如何根据导演的创作意图，对大规模群体进行运动编辑和控制？考虑到群体规模较大，技术手段要尽可能的自动化，只需简单的交互就能控制虚拟群体“理解导演意图，完成导演任务”。此外，在视觉效果上，群体运动不仅要保持整体运动的协调性、队形变换的流畅性，又要保持每个个体的运动特性，并根据应用场景的不同满足一定的运动约束条件。已有的群体动画技术，分为群体运动建模技术与群体运动控制技术两类。群体运动建模方法，从微观或宏观的角度建立群体的运动行为模型，能够模拟出鱼群捕食、人群疏散等复杂群体行为，比较适合模拟自治群体的运动。但针对群体表演动画，如何将创作意图融入到模型中，使得群体按照导演要求进行运动，缺乏相关的研究。群体运动控制方法，通过对群体运动施加某种外在约束控制，使得群体运动表现出某种特定的效果，因此更适合展示群体表演运动。然而，已有的群体运动控制方法，均是针对某种特定的需求而提出的，只能合成某一类特定的表演运动(或强调形状约束忽略个体运动流畅性和真实性，或强调位置约束关系忽略其它约束和运动个性化，或需要大量的交互)，无法满足实际应用中变化多样的创作需求。目前常用的大规模群体表演动画合成方法是在多个关键帧中分别设定每个个体的位置，然后在这些关键帧之间通过插值的方法生成过渡片段。然而，这类方法需要用户手动地设置大量的空间约束关系，这是一个非常费时费力的过程。尤其是要合成的群体表演中包含的个体数目非常大的时候，会给创作者带来更大的挑战。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种直观、高效的大规模群体表演动画合成方法，并且能够灵活地对大规模群体运动进行编辑和控制。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:—方面,本专利技术提供了一种大规模群体表演动画合成方法,该方法包括:步骤I)确定待合成的大规模群体表演动画的初始状态；步骤2)获取小规模群体表演动画的实例数据；步骤3)基于小规模群体表演动画的初始帧和所述大规模群体表演动画的初始状态来建立群体运动对偶图；步骤4)基于所建立群体运动对偶图，根据所述小规模群体表演动画来合成所述大规模群体表演动趣；其中，所述群体运动对偶图包括表示小规模群体表演动画的左子图和表示大规模群体表演动画的右子图，左子图和右子图分别为由多个三角形构成的连通图，三角形的顶点代表群体中的个体；三角形的边连接两个具有位置绑定关系的个体，这种位置绑定关系在群体运动的过程中是保持不变的；左子图中的三角形与右子图中三角形之间存在运动对偶关系，具有运动对偶关系的两个三角形会尽可能相似地运动。上述方法中，所述步骤2)中所述小规模群体表演动画与待合成的大规模群体表演动画具有相似的运动特征。上述方法中，所述步骤3)可包括:步骤31)基于小规模群体表演动画的初始帧构建群体运动对偶图的左子图；步骤32)基于所述大规模群体表演动画的初始状态构建群体运动对偶图的右子图； 步骤33)在左子图和右子图中包含的两个三角形集合之间建立运动对偶关系。上述方法中，所述步骤31)可包括:对所获取的小规模群体表演动画的实例数据的初始时刻的状态进行采样，得到初始帧中对应的离散点集合；对该离散点集合进行三角剖分，得到由多个三角形构成的连通图；去除其中在群体运动中不断发生变化的边，仅保留由运动约束边构成的三角形，所述运动约束边连接的是两个具有位置绑定关系的个体，这种位置绑定关系在群体运动的过程中是保持不变的。上述方法中，所述步骤33)可包括:对于右子图中每个三角形Tj，在左子图中寻找满足下面公式的三角形S1:权利要求1.一种大规模群体表演动画合成方法，所述方法包括: 步骤I)确定待合成的大规模群体表演动画的初始状态； 步骤2)获取小规模群体表演动画的实例数据； 步骤3)基于小规模群体表演动画的初始帧和所述大规模群体表演动画的初始状态来建立群体运动对偶图； 步骤4)基于所建立群体运动对偶图，根据所述小规模群体表演动画来合成所述大规模群体表演动画； 其中，所述群体运动对偶图包括表示小规模群体表演动画的左子图和表示大规模群体表演动画的右子图，左子图和右子图分别为由多个三角形构成的连通图，三角形的顶点代表群体中的个体；三角形的边连接两个具有位置绑定关系的个体，这种位置绑定关系在群体运动的过程中是保持不变的；左子图中的三角形与右子图中三角形之间存在运动对偶关系，具有运动对偶关系的两个三角形会尽可能相似地运动。2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤2)中所述小规模群体表演动画与待合成的大规模群体表演动画具有相似的运动特征。3.根据权利要求1所述的方法，所述步骤3)包括: 步骤31)基于小规模群体表演动画的初始帧构建群体运动对偶图的左子图； 步骤32)基于所述大规模群体表演动画的初始状态构建群体运动对偶图的右子图； 步骤33)在左子图和右子图中 包含的两个三角形集合之间建立运动对偶关系。4.根据权利要求3所述的方法，所述步骤31)包括: 对所获取的小规模群体表演动画的实例数据的初始时刻的状态进行采样，得到初始帧中对应的离散点集合； 对该离散点集合进行三角剖分，得到由多个三角形构成的连通图； 去除其中在群体运动中不断发生变化的边，仅保留由运动约束边构成的三角形，所述运动约束边连接的是两个具有位置绑定关系的个体，这种位置绑定关系在群体运动的过程中是保持不变的。5.根据权利要求3所述的方法，所述步骤33)包括:对于右子图中每个三角形Tj，在左子图中寻找满足下面公式的三角形Si:6.根据权利要求1所述的方法，所述步骤4)包括: 步骤41)根据小规模群体表演动画的第i帧相对于初始帧的状态变化，获取左子图中每个三角形对应的仿射变换，每个仿射变换表示第i帧相对于初始帧在左子图中三角形所发生的位置变化；每个三角形对应的仿射变换以该三角形对应的变换矩阵和偏移向量来表示； 步骤42)基于左子图中每个三角形对应的仿射变换，获取与其具有运动对偶关系的右子图中的三角形对应的仿射变换； 步骤43)基于所获取的右子图中的三角形对应的仿射变换对初始状态对应的右子图中三角形进行相应的位置变换，从而生成大规模群体表演动画的第i帧，其中i为大于I的自然数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大规模群体表演动画合成方法，所述方法包括：步骤1）确定待合成的大规模群体表演动画的初始状态；步骤2）获取小规模群体表演动画的实例数据；步骤3）基于小规模群体表演动画的初始帧和所述大规模群体表演动画的初始状态来建立群体运动对偶图；步骤4）基于所建立群体运动对偶图，根据所述小规模群体表演动画来合成所述大规模群体表演动画；其中，所述群体运动对偶图包括表示小规模群体表演动画的左子图和表示大规模群体表演动画的右子图，左子图和右子图分别为由多个三角形构成的连通图，三角形的顶点代表群体中的个体；三角形的边连接两个具有位置绑定关系的个体，这种位置绑定关系在群体运动的过程中是保持不变的；左子图中的三角形与右子图中三角形之间存在运动对偶关系，具有运动对偶关系的两个三角形会尽可能相似地运动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕蕾，毛天露，王兆其，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：