运动捕捉及运动编辑技术研究

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运动捕捉技术的兴起极大地方便了计算机动画创作,但是这种方法也存在一定的问题,如,设备的使用受到场地的限制、捕捉到的数据存在噪音、运动捕捉数据的复用问题等等。随着运动捕获系统的广泛应用,对运动捕获数据进行编辑的技术的需求也与时俱来。通过对已有的运动数据进行编辑,生成可以适用于新环境的运动数据。本文首先进行了运动捕捉的研究,能够使用由Ascension Technology Corporation生产的、基于电磁场的运动捕获设备(鸟群系统)捕获人体的运动,并实时的控制动画角色的运动。然后又进行了人体运动重定向、运动路径编辑技术的研究。本文中的运动重定向算法提出了新的末端效应器调适机制来消除直接重定向过程中出现的双脚悬空及脚步滑动现象,重定向后的新运动可以保持原始运动的动力学属性。首先,在每一帧上使用末端效应器调适机制计算其位置,并作为约束条件;其次,根据约束条件对动画角色的根关节点的位置进行调整,在调整过程中保持了所有关节点的旋转角度值不变,这样就可以保持原始运动的动力学属性。本文的方法采用了按帧编辑的技术,在每一帧上进行固定数量的计算,计算速度能够达到实时。在编辑过程中,只需人工交互来设定人体缩放比例,较以前的方法少了很多人工交互过程。其次,本文中的运动路径编辑算法提出了保持足部位置运动速率不变的算法来解决其中出现的脚步滑动现象。首先,逐帧求出原始运动数据的足部位置,作为初始约束条件,当运动路径变化后,依据足部位置运动速率不变的原则,自动更新约束条件,减少了以往方法中的人工干预过程;然后,采用按帧编辑的实时逆向运动学算法求解约束条件。实验结果表明此算法有效地解决了脚步滑动现象。最终本文使用MFC及OpenGL,建立了运动编辑的基本平台,可以实现人体的运动重定向及运动路径编辑的操作,为运动编辑的进一步研究奠定了基础。
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