计算机动画技术在计算机图形学研究领域内占有重要的地位.计算机动画的研究对象包括现实生活或虚拟世界中可以随时间而运动的物体如云雾、河流、各种动植物等,其中最有难度和挑战性的对象之一就是人体动画.这是因为人体具有200个以上的自由度和非常复杂的肌肉、软组织运动;人的形状不规则;人的肌肉随着人体的运动而变形;人的个性、表情等千变万化.同时,计算机动画的主要观赏者和评价者就是人类本身,人们对计算机动画中的人体运动和皮肤变形非常敏感,往往可以凭直觉捕捉到极细微的变化.从某种意义上来说,人人都是人体动画的"评判专家".这些因素使得人体动画的创作成为计算机动画领域内公认的难题. 数据驱动的人体动画技术为真实感人体动画的创作带来了新的生机.本文围绕目前数据驱动的人体动画技术所存在的关键问题,展开了一系列具有创新性的研究工作.主要的创新点如下: 1. 建立了腕关节朝向角和肩关节转角之间的关系,并在此基础上提出了针对人体结构的12自由度反向运动学解析求解算法.同时,将该算法与多分辨率曲线拟合技术结合,得到了快速方便的人体运动编辑算法. 2. 提出了实时人体运动风格传输算法.定义了适合于风格传输的四元数均值与方差表示方法.指出风格传输问题可以表达为运动数据的统计特征的传输问题,在此基础上提出了一个快速有效的运动风格传输算法.和现有的风格传输算法相比,该算法实现方便,运行速度快,占用内存少,适合于有实时性要求的应用场合. 3. 提出了基于标准骨骼肌肉模型和3D扫描皮肤数据的人体动画技术.提出对由无规则网格表示的肌肉进行重采样的算法,可将任意的无规则网格肌肉重采样成为适合于肌肉动画的拓扑结构.提出了基于标准骨骼一肌肉模型的建模技术,在一定程度上降低了现有的基于解剖学建模方法的复杂性,使用户不必考虑骨骼和肌肉的形状等细节,而只需要指定目标皮肤的少量的局部坐标,之后骨骼一肌肉的变形便可自动进行.使用该技术,用户可以较为方便地进行复杂的层次式人体建模,减轻了肌肉建模与调节的工作量. 4. 提出了针对运动数据的数字水印算法.提出了运动数据的四元数log图像(Qualternion logarithm image)表示法,建立了运动捕获数据与图像之间的关系.在此基础上,提出了基于运动捕获数据的双层扩展传输抖动调制算法. 该算法比现有的运动数据水印算法具有更好的鲁棒性,在抵挡噪声攻击、平滑滤波攻击、裁剪攻击、缓和攻击、简化攻击、时间变形攻击、沿幅度方向的非均匀变形攻击以及二次水印攻击方面都优于现有的运动数据水印算法.