專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)的虛擬角色運(yùn)動(dòng)合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種虛擬角色運(yùn)動(dòng)合成方法，特別地，涉及到一種基于運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)的角色運(yùn)動(dòng)合成方法。

背景技術(shù)：
近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用出現(xiàn)在越來(lái)越多的領(lǐng)域中。從網(wǎng)絡(luò)游戲到影視制作、從體育訓(xùn)練到安全預(yù)演都可以看到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的身影。在這些應(yīng)用當(dāng)中，虛擬角色作為角色在計(jì)算機(jī)中的表示，是提高其真實(shí)感和交互性的關(guān)鍵要素之一。然而，如何對(duì)虛擬角色的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模，進(jìn)而合成逼真的、滿(mǎn)足約束的虛擬角色運(yùn)動(dòng)，是具有挑戰(zhàn)性的課題。
傳統(tǒng)的虛擬角色動(dòng)畫(huà)大都是由經(jīng)驗(yàn)豐富的動(dòng)畫(huà)師利用軟件工具進(jìn)行手工編輯生成的。由于角色的自由度較高，這種傳統(tǒng)的編輯方法需要消耗大量的人力和時(shí)間，而且生成的動(dòng)畫(huà)結(jié)果依賴(lài)于動(dòng)畫(huà)師的經(jīng)驗(yàn)。
近些年來(lái)，運(yùn)動(dòng)捕獲設(shè)備的出現(xiàn)為角色動(dòng)畫(huà)提供了一種新的合成方法?；谶\(yùn)動(dòng)捕獲的動(dòng)畫(huà)技術(shù)利用專(zhuān)門(mén)的設(shè)備捕捉演員的真實(shí)動(dòng)作，然后將這些數(shù)據(jù)映射到動(dòng)畫(huà)角色上。有關(guān)運(yùn)動(dòng)捕獲技術(shù)的相關(guān)信息可參考中國(guó)專(zhuān)利“獲取運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)的方法”，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?br> 。由于運(yùn)動(dòng)捕獲設(shè)備真實(shí)地記錄了角色的運(yùn)動(dòng)，因此在此基礎(chǔ)上生成角色動(dòng)畫(huà)具有逼真、自然的優(yōu)點(diǎn)。并且動(dòng)畫(huà)制作所需的工作量、工作難度和工作強(qiáng)度大大降低。即使對(duì)于復(fù)雜的角色運(yùn)動(dòng)，也只需要由表演者表演一次，再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理即可生成相應(yīng)的角色動(dòng)畫(huà)。然而，該方法運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)的可重用性低。即其捕獲的數(shù)據(jù)只能在特定的環(huán)境中應(yīng)用，當(dāng)虛擬環(huán)境改變或者用戶(hù)需求改變時(shí)，直接使用運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
針對(duì)運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)重用中遇到的各種問(wèn)題，研究者們提出了不同的方法。運(yùn)動(dòng)融合是最有效地利用運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)的方法之一。所謂運(yùn)動(dòng)融合是將兩個(gè)或多個(gè)指定的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加權(quán)平均，從而得到新的運(yùn)動(dòng)。文獻(xiàn)1(LucasKovar and Michael Gleicher.Automated extraction and parameterization ofmotions in large data sets.ACM Transactions on Graphics，2004，23(3)559-568)應(yīng)用了運(yùn)動(dòng)融合的方法，其步驟主要包含1)在對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行自動(dòng)分析的基礎(chǔ)上，得到具有相似運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的一系列樣本運(yùn)動(dòng)后，建立該類(lèi)運(yùn)動(dòng)的參數(shù)化模型，進(jìn)而進(jìn)行運(yùn)動(dòng)配準(zhǔn)，即將樣本運(yùn)動(dòng)對(duì)齊；2)用戶(hù)定義一個(gè)函數(shù)，用該函數(shù)計(jì)算給定運(yùn)動(dòng)序列的特征，例如對(duì)于一個(gè)伸手的運(yùn)動(dòng)序列，該函數(shù)可以定義為某幀中手的位置坐標(biāo)；3)在樣本的權(quán)值空間進(jìn)行高密度采樣，即按照很小的間隔不斷地調(diào)整各個(gè)樣本的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算每組加權(quán)系數(shù)對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)序列及其特征；4)在采樣后的運(yùn)動(dòng)空間中計(jì)算得到最接近用戶(hù)要求特征的加權(quán)系數(shù)。然而，基于融合的合成方法具有如下缺點(diǎn)1)該方法無(wú)法根據(jù)用戶(hù)要求的特征反求出加權(quán)系數(shù)，即只有加權(quán)系數(shù)到特征的映射關(guān)系，而沒(méi)有特征到加權(quán)系數(shù)之間的逆映射關(guān)系。這也是該方法在權(quán)值空間進(jìn)行高密度采樣的原因，即便如此其精度也依賴(lài)于采樣的密度；2)泛化能力不強(qiáng)，即合成新的結(jié)果只是對(duì)原有樣本內(nèi)插的結(jié)果。如果進(jìn)行外插則得到結(jié)果的逼真性會(huì)大大降低；3)缺乏高層控制能力。雖然該方法能根據(jù)用戶(hù)的要求合成運(yùn)動(dòng)，但卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)風(fēng)格、運(yùn)動(dòng)類(lèi)型的高層控制。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種通用、高效的方法來(lái)合成逼真的虛擬角色運(yùn)動(dòng)，其合成的結(jié)果能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)應(yīng)用的需求；且以一種較高層次的控制手段來(lái)控制虛擬角色的動(dòng)作；在合成虛擬角色運(yùn)動(dòng)的同時(shí)精確滿(mǎn)足使用者給定的約束；實(shí)現(xiàn)在不同運(yùn)動(dòng)風(fēng)格的同類(lèi)運(yùn)動(dòng)之間進(jìn)行平滑的過(guò)渡。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)的虛擬角色運(yùn)動(dòng)合成方法，包括下列步驟 獲得角色運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)； 對(duì)所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行基于函數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，得到特征運(yùn)動(dòng)； 根據(jù)上述特征運(yùn)動(dòng)合成新的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列； 對(duì)所述合成的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行后處理，使其能夠展示運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，角色運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)需要具有相似的結(jié)構(gòu)或?qū)儆谕环N運(yùn)動(dòng)類(lèi)型。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行基于函數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析包括下列步驟 根據(jù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)類(lèi)型選擇基函數(shù)，并構(gòu)造基函數(shù)矩陣； 計(jì)算運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列在選定基函數(shù)上的系數(shù)，依此計(jì)算平滑后的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列； 計(jì)算所述平滑后的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列的特征運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明方法通過(guò)選擇不同的基函數(shù)不僅可以處理周期性的運(yùn)動(dòng)，如走、跑、上下樓梯，也可以處理非周期的運(yùn)動(dòng)，如拾取、踢腿等；所采用各個(gè)步驟不涉及耗時(shí)的計(jì)算過(guò)程，因此可以滿(mǎn)足類(lèi)似于網(wǎng)絡(luò)游戲、虛擬漫游等實(shí)時(shí)應(yīng)用的需求；將高維的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列用一種低維的參數(shù)來(lái)表示，且具有較直觀的意義，因此便于使用者在較高層次上控制虛擬角色的運(yùn)動(dòng)；能夠根據(jù)特定時(shí)刻的姿態(tài)來(lái)合成整個(gè)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列，使得虛擬角色能夠根據(jù)虛擬環(huán)境產(chǎn)生新的動(dòng)作，即產(chǎn)生虛擬角色交互式行為；能夠通過(guò)對(duì)低維控制參數(shù)的逐漸改變實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型運(yùn)動(dòng)或不同風(fēng)格運(yùn)動(dòng)之間的平滑過(guò)渡。



以下，結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，其中 圖1為本發(fā)明方法流程圖。
圖2為虛擬人從走到跑的連續(xù)控制示意圖。
圖3為虛擬人從上樓梯到下樓梯的連續(xù)控制示意圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明提出了一種利用運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)基于函數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析合成虛擬角色運(yùn)動(dòng)的方法?；诤瘮?shù)的統(tǒng)計(jì)分析是針對(duì)時(shí)間序列的統(tǒng)計(jì)分析方法。該方法利用基于函數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，從給定的時(shí)序樣本中提取最能刻畫(huà)其內(nèi)在變化規(guī)律的指標(biāo)，從而得到一個(gè)低維的函數(shù)子空間。該空間的每個(gè)維度都是一個(gè)函數(shù)，本發(fā)明稱(chēng)之為“特征運(yùn)動(dòng)”。特征函數(shù)的個(gè)數(shù)需根據(jù)實(shí)際的問(wèn)題而確定，一種確定的準(zhǔn)則可以是運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列投影再重構(gòu)的結(jié)果同該序列本身之間的誤差。這組“特征運(yùn)動(dòng)”是正交的，在基于由“特征運(yùn)動(dòng)”張成的子空間中，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列都可以通過(guò)向“特征運(yùn)動(dòng)”投影得到一組坐標(biāo)系數(shù)。這組系數(shù)表明該運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列在子空間中的位置，進(jìn)而反映出該運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在屬性。反過(guò)來(lái)，通過(guò)設(shè)定在這個(gè)低維函數(shù)子空間中的坐標(biāo)系數(shù)，即各特征運(yùn)動(dòng)的加權(quán)系數(shù)則可以合成出新的運(yùn)動(dòng)片段。一方面降維后的子空間有效地描述了樣本，因此使得合成的結(jié)果逼真自然；另一方面，因其每個(gè)維度具有較明確的含義，因此可以實(shí)現(xiàn)較高層次的運(yùn)動(dòng)控制。
參照附圖1，對(duì)本發(fā)明所述方法做詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的基于運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)的虛擬角色運(yùn)動(dòng)合成方法包括以下步驟 步驟10、獲得角色運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。
利用當(dāng)前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的各種光學(xué)、電磁學(xué)的運(yùn)動(dòng)捕獲設(shè)備，例如VICON公司生產(chǎn)的捕獲設(shè)備VICON8等，采集角色運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)樣本。對(duì)于采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)樣本要求具有相似的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)或者屬于同一種運(yùn)動(dòng)類(lèi)型，例如小步行走、正常行走、上下樓梯、慢跑都屬于具有相同結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。假設(shè)采集了m個(gè)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列，記為{Mi}i＝1m；其中每個(gè)序列由一組帶時(shí)間的姿態(tài)組成，記為其中tj表示了該序列中第j幀數(shù)據(jù)的時(shí)間，Pj表示第i個(gè)序列中第j幀姿態(tài)，k表示該序列的幀數(shù)，對(duì)于不同的序列k可能不同；一個(gè)姿態(tài)由一組刻畫(huà)關(guān)節(jié)角度的矢量組成，用P＝{q1，q2，...，qN}表示。其中qi既可以用四元數(shù)的對(duì)數(shù)映射表示，也可以用歐拉角表示，N為該虛擬角色自由度的個(gè)數(shù)。
如果每一個(gè)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)持續(xù)的時(shí)間不相同，可以將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間縮放將它們縮放到統(tǒng)一的時(shí)間區(qū)間，并重新采樣。通?？梢钥s放到
區(qū)間，即第一幀的時(shí)間為0，最后一幀的時(shí)間為1，中間幀的時(shí)間按等比例縮放。下面假設(shè)對(duì)Mi進(jìn)行處理，處理后的每一幀數(shù)據(jù)的時(shí)間用下式表示。為了表示方便，省略下標(biāo)i。
對(duì)時(shí)間縮放后需要對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列重新采樣，其目的是為了使每一個(gè)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列都具有相同的幀數(shù)。設(shè)重采樣后的幀數(shù)為S，采樣方式為均勻采樣，則采樣時(shí)間sj(j＝1，2，…S)的計(jì)算公式為 重采樣的過(guò)程即為按照新的采樣時(shí)間對(duì)原運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列插值的過(guò)程。插值可以采用線(xiàn)性插值或其它非線(xiàn)性插值方法，記插值后新的姿態(tài)為P′＝{P1，p2，...，PN}。經(jīng)過(guò)重采樣處理后，所有運(yùn)動(dòng)片段{Mi}i＝1m都具有相同的幀數(shù)S，且對(duì)應(yīng)幀上的時(shí)間相同，故而省去表示時(shí)間的參數(shù)，原運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列可以表示為
為了提高后續(xù)函數(shù)分析的效率，可以對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)所在的姿態(tài)空間進(jìn)行維數(shù)約簡(jiǎn)，將原始虛擬角色自由度的個(gè)數(shù)N降低為n(n＜N)；如果運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)所在的姿態(tài)空間維數(shù)已經(jīng)滿(mǎn)足后續(xù)處理的需要，也可以不進(jìn)行維數(shù)約簡(jiǎn)。可根據(jù)實(shí)際問(wèn)題采用不同的維數(shù)約簡(jiǎn)的方法，如主成份分析(PCA)、多維數(shù)據(jù)縮放(MDS)、局部線(xiàn)性嵌入(LLE)、核主成份分析(Kernel PCA)、ISOMAP等。約簡(jiǎn)后的維度n可根據(jù)具體的情況進(jìn)行選擇，其選擇的標(biāo)準(zhǔn)可以是維數(shù)約簡(jiǎn)后再重建得到的數(shù)據(jù)與約簡(jiǎn)前數(shù)據(jù)之間的誤差。在維數(shù)約簡(jiǎn)的同時(shí)，還需要得到從維數(shù)約簡(jiǎn)后的空間到原始空間的映射函數(shù)矩陣U，以用于對(duì)合成的新運(yùn)動(dòng)進(jìn)行后處理。該函數(shù)映射根據(jù)采用的維數(shù)約簡(jiǎn)方法的不同而不同。下面以PCA方法為例敘述維數(shù)約簡(jiǎn)過(guò)程。
首先將采集的所有運(yùn)動(dòng)片段中的所有姿態(tài)按列排列，得到如下矩陣 然后計(jì)算Mall的協(xié)方差矩陣CN×N，再計(jì)算矩陣C的特征值并按由大到小排列λ1，λ2，…λN(λ1＞λ2＞…＞λN)和對(duì)應(yīng)的特征矢量u1，u2，…uN。選擇前n個(gè)特征矢量組成矩陣U＝[u1 u2…uN]。這里n可以用下面的方法確定，在條件下 最后通過(guò)下式計(jì)算維數(shù)約簡(jiǎn)后的低維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列 步驟20、對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行基于函數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，以主成分分析為例，包括以下步驟 根據(jù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的類(lèi)型選擇基函數(shù)，對(duì)于周期性的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列，選擇傅立葉基函數(shù)φ0(t)＝1，φ2r-1(t)＝sin rωt，φ2r(t)＝cos rωt；對(duì)于非周期的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列，可以選擇多項(xiàng)式基函數(shù)、B樣條基函數(shù)等，具體形式可以參考文獻(xiàn)2([RAMS97]J.O.Ramsay and B.W.Silverman，F(xiàn)unctional Data Analysis，New YorkSpringer.1997)。
設(shè)定基函數(shù)的個(gè)數(shù)K并構(gòu)造基函數(shù)矩陣Φ。

然后通過(guò)下式計(jì)算出每一個(gè)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列在選定基函數(shù)上的系數(shù)，Ci為K×n矩陣 則平滑后的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列

可以用下面的公式表示 對(duì)于每一個(gè)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列Ci按列進(jìn)行重排，得到Zi
根據(jù)所有運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列構(gòu)造矩陣Z 按照下式構(gòu)造矩陣W 計(jì)算下面矩陣V的特征值并按照由大到小排列α1，α2，…，αm，(α1＞α2＞…＞αm)與其對(duì)應(yīng)的特征矢量ξ1，ξ2，…ξm∈RKn。保留前m′＜m個(gè)特征值和特征矢量。m′的大小可以用計(jì)算姿態(tài)空間約簡(jiǎn)后維數(shù)n的方法確定。
V＝N-1W1/2ZTZW1/2 計(jì)算特征矢量bi＝W-1/2ξi，并將b中的元素按下面的矩陣重排。
按照下式計(jì)算記為運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列的特征函數(shù)，也稱(chēng)為特征運(yùn)動(dòng)。
步驟30合成新的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列。
首先獲得一組參數(shù)B＝[β1 β2…βm′，]T，然后根據(jù)控制參數(shù)B利用下面的公式合成新的低維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列 其中參數(shù)B的設(shè)定可以由用戶(hù)通過(guò)交互式界面直接設(shè)定，也可以采用下面的方法得到。該方法的思想是由用戶(hù)指定想要合成的新的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列中某一時(shí)刻的姿態(tài)，然后通過(guò)計(jì)算得到該參數(shù)。具體計(jì)算步驟如下 首先由用戶(hù)設(shè)定想要合成的新的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列中某時(shí)刻j的姿態(tài)P。
如果在步驟10中對(duì)姿態(tài)P進(jìn)行了維數(shù)約簡(jiǎn)，在此也需要相同的操作。這里仍以PCA方法為例，約簡(jiǎn)后的姿態(tài)用下式表示 然后根據(jù)下式構(gòu)造矩陣Δ 最后計(jì)算下式得到所求參數(shù) 其中Δ+為矩陣Δ的偽逆。
步驟40對(duì)合成的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行后處理，使其能夠展示運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
如果在步驟10中進(jìn)行了維數(shù)約簡(jiǎn)，需要將得到的新的低維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列反投影到高維空間，得到高維的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列。這里反投影的過(guò)程與步驟10中的過(guò)程相關(guān)，不同的維數(shù)約簡(jiǎn)方法，導(dǎo)致不同的反投影計(jì)算方法。這里仍以PCA為例，利用下式可以得到最終的合成結(jié)果。
如果在步驟10中進(jìn)行了時(shí)間縮放，在此需要生成運(yùn)動(dòng)片段中每一幀的時(shí)間。用戶(hù)設(shè)定合成的新的運(yùn)動(dòng)片段的頻率f，則合成運(yùn)動(dòng)片中每一幀的時(shí)間ti(i＝1，2，…S)通過(guò)下面的式子計(jì)算得到 生成根骨骼相對(duì)于世界坐標(biāo)系的平移。在預(yù)處理過(guò)程中，我們已經(jīng)丟棄了根骨骼相對(duì)于世界坐標(biāo)系的平移，因此這里需要反求出這一信息。反求根關(guān)節(jié)的平移信息大致可根據(jù)運(yùn)動(dòng)片段的類(lèi)型分為兩類(lèi)對(duì)于和環(huán)境發(fā)生接觸的運(yùn)動(dòng)片段，如行走、上下樓梯以及跑步中的支撐階段，腳尖在某段時(shí)間內(nèi)的位置是固定的，可以根據(jù)這些接觸約束來(lái)反求出根骨骼的平移；對(duì)于和環(huán)境沒(méi)有交互的運(yùn)動(dòng)類(lèi)型，如跑步中的騰空階段，可以根據(jù)其離開(kāi)地面時(shí)的速度和重力加速度來(lái)近似擬合生成根骨骼的軌跡。圖2、圖3給出了利用本發(fā)明方法合成運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。圖2展示了虛擬人從走到跑的連續(xù)控制；圖3展示了對(duì)虛擬人從上樓梯到下樓梯的連續(xù)控制。
應(yīng)該注意到并理解，在不脫離后附的權(quán)利要求所要求的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠?qū)ι鲜鲈敿?xì)描述的本發(fā)明做出各種修改和改進(jìn)。因此，要求保護(hù)的技術(shù)方案的范圍不受所給出的任何特定示范教導(dǎo)的限制。
權(quán)利要求
1、本發(fā)明公開(kāi)了一種基于運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)的虛擬角色運(yùn)動(dòng)合成方法，包括以下步驟
獲得角色運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；
對(duì)所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行基于函數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，得到特征運(yùn)動(dòng)；
根據(jù)所述特征運(yùn)動(dòng)合成新的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列；
對(duì)所述合成的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行后處理，使其能夠展示運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述角色運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)具有相似的結(jié)構(gòu)或?qū)儆谕环N運(yùn)動(dòng)類(lèi)型。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述獲得角色運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，當(dāng)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)持續(xù)的時(shí)間不相同時(shí)，將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)間縮放到統(tǒng)一的時(shí)間區(qū)間并把時(shí)間縮放后的序列進(jìn)行重新采樣使每一個(gè)樣本具有相同的幀數(shù)。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述獲得角色運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，包含對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)所在的姿態(tài)空間進(jìn)行維數(shù)約簡(jiǎn)。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行基于函數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析包括以下步驟
根據(jù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)類(lèi)型選擇基函數(shù)，并構(gòu)造基函數(shù)矩陣；
計(jì)算運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列在選定基函數(shù)上的系數(shù)，依此計(jì)算平滑后的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列；
計(jì)算所述平滑后的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列的特征運(yùn)動(dòng)。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述合成新的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列，包含以下步驟
根據(jù)應(yīng)用獲得一組特征運(yùn)動(dòng)加權(quán)系數(shù)；
根據(jù)特征運(yùn)動(dòng)和特征運(yùn)動(dòng)加權(quán)系數(shù)，計(jì)算合成新的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述一組特征運(yùn)動(dòng)加權(quán)系數(shù)由用戶(hù)通過(guò)交互式界面直接設(shè)定。
8、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述一組特征運(yùn)動(dòng)加權(quán)系數(shù)由用戶(hù)指定運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列的姿態(tài)反計(jì)算得到。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述對(duì)合成的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行后處理包含生成根骨骼相對(duì)于世界坐標(biāo)系的平移。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)的虛擬角色運(yùn)動(dòng)合成方法，包括獲得運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)樣本；對(duì)約簡(jiǎn)得到的樣本運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行基于函數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，得到特征運(yùn)動(dòng)；根據(jù)用戶(hù)的控制或者應(yīng)用需求合成新的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列；對(duì)合成的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行后處理。本發(fā)明所提出的方法具有較好的通用性，適用于游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)漫游等應(yīng)用中生成或控制虛擬角色交互式行為，也適用于動(dòng)畫(huà)編輯、影視制作中快速、逼真地合成各種虛擬角色動(dòng)畫(huà)。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101101666SQ20071012012
公開(kāi)日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者夏時(shí)洪, 李淳芃 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所