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3D人物模型和动画自动生成技术的研究

作　者: 杜翠焕
导　师: 黄向阳
学　校: 首都师范大学
专　业: 计算机应用
关键词: 三维建模 Delaunay三角化 骨架提取 人物动画
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 16次
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内容摘要


本文利用经过预处理的三维点云数据,结合逆向工程的一些技术,实现3D人物模型的自动生成；然后对取得的模型使用图形学的相关知识提取出它的骨架；最后对前面两步获得的3D人物模型和骨架,加入动作捕获数据BVH文件,结合线性混合蒙皮技术实现了3D人物动画的自动生成。本文的3D人物模型与动画的自动生成技术具有高效率、低成本、很少人工参与等特点,具有一定的普遍适用性。本文主要研究如下：(1)3D人物模型的构建利用三维扫描仪得到人物表面的三维点云数据,首先对这些点云数据进行预处理,找到它的长轴和短轴,确定投影平面,将这些点云数据分为前后两部分分别投影在平面上；接着用Delaunay三角化三角网生长算法,限制第三点查找的步长距离,结合人体生理特征的对称性,生成人体表面的前面和后面两个平面三角形网格；最后根据投影前后点的相对位置不变,将二维三角化网格模型映射回空间三角化网格,得到空间建模,从而实现了3D人物模型的自动生成。(2)3D人物模型的骨架提取首先求出3D人物模型的各个顶点间的测地线距离,利用它们之间的几何关系自动识别出人体5个末端特征点,接着分别以5个特征点为起点,结合人体解剖学知识、人体骨架的刚性特征和两点确定一条直线原理找到人体其他的15个关节点的大约位置,基于中心夹角极小值算法和等值曲线似圆率算法,利用关节点处的5个等值线簇得出15个关节点的确切位置,最后按照人体骨架的拓扑结构依次连接所有关节点,生成三维人体模型的骨架。(3)3D人物动画的自动生成基于前两个方面得到的3D人物模型和人体骨架,加入BVH动作捕获文件,利用皮肤变形技术实现3D人物动画的自动生成。BVH运动捕获数据文件中所描述的动作是针对人体标准模型的,而我们用三维扫描仪扫描的人物模型当时的姿态可能是随意的,所以需要把构建的3D人物模型和骨架与标准人体姿态匹配,本文就此提出一种基于局部坐标系的骨骼对齐匹配方法,判断出人体朝向,以髋关节为起点,根据BVH文件中的骨骼层次结构,按顺序对每个关节都建立起坐标系,求出它们的坐标系的变换矩阵,同时把变换矩阵应用到该关节和它的附属关节(即为它的子、孙关节),实现骨架匹配。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
图目录  9-10
表目录  10-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 研究背景及意义  11-12
    1.1.1 研究背景  11
    1.1.2 理论价值与实际价值  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 三维建模的研究  12-13
    1.2.2 计算机动画的历史及现状  13
    1.2.3 人物动画生成技术的研究现状  13-14
  1.3 主要研究内容及关键问题  14-15
    1.3.1 主要研究内容  14-15
    1.3.2 拟解决的关键问题  15
  1.4 本文的章节结构  15-16
  1.5 本章小结  16-17
第2章 3D人物模型的自动生成技术研究  17-33
  2.1 相关定义  17-20
  2.2 Delaunay三角网构建方法  20-26
    2.2.1 逐点插入方法  20-21
    2.2.2 分治方法  21
    2.2.3 三角网生长方法  21-22
    2.2.4 三类方法的比较  22-23
    2.2.5 平面Delaunay三角化的平面实验效果图  23-26
  2.3 3D人物模型的自动生成  26-32
    2.3.1 算法介绍  26-27
    2.3.2 算法的实现过程  27-29
    2.3.3 实验结果  29-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章 三维人体模型骨架提取算法  33-43
  3.1 相关研究  33-34
  3.2 算法描述  34-35
  3.3 3D人物模型的骨架提取  35-40
    3.3.2 特征点的提取和识别  36-38
    3.3.3 求出头长H_(v0v18)  38
    3.3.4 关节点的提取  38-40
    3.3.5 人体骨架的生成  40
  3.4 人体朝向的判定  40
  3.5 实验结果与分析  40-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章 3D人物动画自动生成技术研究  43-55
  4.1 引言  43
  4.2 3D数学基础  43-46
    4.2.1 顶点变换  43-45
    4.2.2 法向量的变换  45
    4.2.3 平面的表示及其变换  45-46
  4.3 3D人物动画自动生成技术  46-53
    4.3.1 骨架模型  46-47
    4.3.2 皮肤变形技术  47-50
    4.3.3 基于BVH文件的3D人体动画自动生成实现  50-53
  4.4 本章小结  53-55
第5章 总结与展望  55-57
  5.1 工作总结  55-56
  5.2 工作展望  56-57
参考文献  57-61
致谢  61-62
攻读硕士学位期间论文与科研情况  62
  硕士期间发表的论文  62
  硕士期间参加学术活动与科研项目  62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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