專利名稱：一種基于預(yù)計算速度場的可并行形狀插值方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機(jī)動畫領(lǐng)域中用以制作兩模型之間的融合及變形特效的三維模 型形狀插值技術(shù)，尤其涉及一種基于預(yù)計算速度場的可并行的高效形狀插值方法。
背景技術(shù)：
對三維模型進(jìn)行形狀插值的問題可以描述為給定拓?fù)湟恢碌膬蓚€三維模型，分 別作為插值參數(shù)f = O和f = 1時的 形狀模型，要求計算出 e
區(qū)間內(nèi)任意插值參數(shù)所對應(yīng)的插值模型，即每個頂點在此區(qū) 間所對應(yīng)的軌跡。通過該技術(shù)可以實現(xiàn)兩個模型之間的融合及變形特效，特別的，對該軌跡 進(jìn)行采樣即可得到時序上的過渡形變動畫。傳統(tǒng)的方法直接對給定模型的對應(yīng)頂點坐標(biāo)進(jìn)行線性插值，這種方法計算簡單， 但是對于包含較大旋轉(zhuǎn)分量的情形不能很好，會造成明顯的塌縮現(xiàn)象，其本質(zhì)是由于線性 軌跡的表達(dá)式無法描述含有旋轉(zhuǎn)這一非線性成分的形變過程。另一類方法是基于微分屬性的插值方法，對描述模型局部特征的微分屬性進(jìn)行插 值，之后通過全局的線性方程組求解得到最小二乘意義下最優(yōu)的插值模型。此類方法的代 表之一是Dong Xu等人的方法，首先插值每個三角形面片處的梯度值，再利用求解全局泊松 方程得到插值模型。具體可參見文獻(xiàn)Dong2005Dong Xu, Hongxin Zhang, Qing Wang, and Hujun Bao, Poisson shape interpolation, In SPM，05, pages 267 - 274, 2005。 這一類方法的優(yōu)點在于能夠很好地解決旋轉(zhuǎn)插值問題，從而得到高質(zhì)量的插值結(jié)果；缺點 是插值過程必須求解大規(guī)模的方程組，其空間和時間的代價都比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新的基于預(yù)計算速度場的可并 行形狀插值方法。為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，基于預(yù)計算速度場的可并行形狀 插值方法包括以下步驟
(1)輸入兩個拓?fù)湟恢碌捻旤c對應(yīng)的三維網(wǎng)格模型；
(2)分別在所述兩個三維網(wǎng)格模型的頂點對之間構(gòu)建形狀插值過程中的插值軌跡，所 述插值軌跡滿足式(1)所示的關(guān)系
權(quán)利要求
1. 一種基于預(yù)計算速度場的可并行形狀插值方法，其特征在于包括以下步驟(1)輸入兩個拓?fù)湟恢碌捻旤c對應(yīng)的三維網(wǎng)格模型；(2)分別在所述兩個三維網(wǎng)格模型的頂點對之間構(gòu)建形狀插值過程中的插值軌跡，所述插值軌跡滿足式(1)所示的關(guān)系 ？為④=|級象巧)巧&(O式(1)中，f是頂點對的索引值；(IVi)為頂點對i的速度對參數(shù)，其中，WiJi分別為頂點對的角速度和線速度參數(shù)A是頂點對,的軌跡位移函數(shù)η為插值參數(shù)；(3)將所有的頂點對的所述速度對參數(shù)排列成整體的如式(2)所示的列向量其中《指頂點對的個數(shù)，巧…巧和η…Vs為所有頂點的角速度和線速度參數(shù)、 w'v為所有速度對參數(shù)排列成的列向量，再利用式(3)對MV進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化得到每個頂點處優(yōu)化后的角速度-線速度參數(shù)對；E{w,ν) = a2 Bmg + β2 Em + Y2Ew5d(3)其中，為多目標(biāo)優(yōu)化所采用的總能量，E^e、Brot、Bwm分別對應(yīng)于插值條件約束能量、旋轉(zhuǎn)約束能量以及梯度約束能量；α、於、y為對應(yīng)的能量權(quán)值；(4)對步驟(3)中得到的優(yōu)化后的角速度-線速度參數(shù)對進(jìn)行調(diào)整，使得所述插值軌跡 的起點和終點與所輸入的三維網(wǎng)格模型的頂點對的位置對應(yīng)重合；(5)對經(jīng)步驟(4)調(diào)整后得到的所有角速度-線速度參數(shù)對進(jìn)行存儲，得到預(yù)計算速度場；(6)輸入預(yù)設(shè)的插值參數(shù)，結(jié)合所述預(yù)計算速度場，對每個頂點對的速度場進(jìn)行積分， 得到所述預(yù)設(shè)的插值參數(shù)所對應(yīng)的插值頂點坐標(biāo)；根據(jù)所述插值頂點坐標(biāo)輸出插值模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于預(yù)計算速度場的可并行形狀插值方法，其特征在于當(dāng) 用戶有其他不同的預(yù)設(shè)的插值參數(shù)時，重復(fù)所述步驟(6 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于預(yù)計算速度場的可并行形狀插值方法，其特征在于 所述步驟(4)是利用式(4)對步驟(3)中得到的優(yōu)化后的角速度-線速度參數(shù)對進(jìn)行調(diào)整:其中，為步驟(3)中得到的優(yōu)化后的角速度；w'y為最終調(diào)整得到的速度對參數(shù)；P0和戶是所有頂點坐標(biāo)排列起來的列向量，分別對應(yīng)于給定的插值參數(shù)I = 0和1時的 模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于預(yù)計算速度場的可并行形狀插值方法，屬于計算機(jī)動畫領(lǐng)域。本發(fā)明提出了一種新的網(wǎng)格模型插值形變過程中頂點軌跡的顯式計算方法，能夠很好地描述大幅旋轉(zhuǎn)等非線性形變過程，同時此方法擺脫了傳統(tǒng)方法必須求解大型方程組的限制，可以利用圖形加速卡等設(shè)備進(jìn)行并行計算，從而可以達(dá)到極高的計算效率。本發(fā)明根據(jù)給定的待插值模型，在預(yù)計算階段中，通過優(yōu)化過程在每個頂點處計算并存儲對應(yīng)的角速度-線速度參數(shù)對，其構(gòu)成空間中的一個速度場；利用該速度場，在實時插值階段，每個頂點的軌跡根據(jù)顯式的速度積分獨(dú)立并行計算。對軌跡參數(shù)進(jìn)行采樣，可以得到過渡動畫的插值模型序列。
文檔編號G06T13/20GK102136158SQ20111007029
公開日2011年7月27日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者陳祿, 鮑虎軍, 黃勁 申請人:浙江大學(xué)