[发明专利]一种面向异构拓扑的角色运动重定向方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形和数字媒体娱乐技术领域，尤其涉及一种面向异构拓扑的角色运动重定向方法。

背景技术

计算机动画技术一般可以分为基于关键帧的动画，基于运动学的动画，基于物理模型的动画和基于运动捕获的动画等几大类。其中，基于捕获数据的人体动画技术具有比较突出的优势。因为由于人物的运动模型非常复杂，包括上百个自由度，所以创建一个真实的和完全的运动模型，是非常困难的，采用捕获设备来获取并记录真实的运动轨迹则成为一种现实的选择。为了获得逼真的效果，可以通过捕获一个真实的原始角色运动作为原型，这样可以避免创建物理模型的困难。

基于运动捕获的动画技术，借助于专门的捕获设备直接获取演员的真实运动，然后将运动数据映射到动画角色上。和传统的动画制作方法相比，该方法能够使得角色的动作效果更加逼真、自然，并且动画制作所需的工作量、工作难度和工作强度大大降低。由于上述优点，结合运动捕获的动画技术现已成为计算机动画领域最具活力的方法。

利用运动编辑技术对通过运动捕获设备采集的动作数据进行修改，再用这些动作数据来驱动动画角色模型的运动，制作出逼真的动画，这就是运动重定向技术。而运动捕获数据针对的是特定的人或物，面对的是特定的场景，运动重定向技术可以按照动画师的要求，编辑和重用运动捕获数据，降低成本，制作出具有逼真和复杂动作效果的虚拟角色。运动重定向技术以重定向后动作的真实感为目标，致力于研究具有普遍适用性的重定向技术，提高动作的重用率，同时保持动作的逼真性。目前对运动重定向技术的研究主要集中在具有相同骨骼拓扑结构中，主要关注的是重定向结果的真实性与实时性，因此对具有相异骨骼拓扑结构的重定向研究就显得十分必要了。对姿态各异，骨骼拓扑结构各不相同的运动重定向研究可以进一步降低动画制作的成本，大幅度提高动作数据的重用率，有利于促进计算机动画和计算机角色类游戏的发展，也将给观众和玩家带来更加真实和震撼的视觉效果。

通过运动捕获仪器从特定的人或者动物身上捕获的动作数据，把这些数据重定向到具有不同的关节拓扑结构，骨骼长度，甚至不同种类的角色身上时，必然会发生动作的失真。失真是不可避免的。这就违背了运动重定向的初衷，即真实而流畅。本发明通过一种面向异构拓扑的角色运动重定向方法，实现运动重定向后的动作具有较强的真实感，一定程度上解决失真问题。

发明内容

 本发明的目的是提供一种面向异构拓扑的角色运动重定向方法，对姿态各异，骨骼拓扑结构各不相同的运动重定向，进一步降低动画制作的成本，大幅度提高动作数据的重用率，同时实现运动重定向后的动作具有较强的真实感，一定程度上解决失真问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种面向异构拓扑的角色运动重定向方法，基于已经获取的虚拟角色的动画信息，本发明的方法步骤如下：

（1）根据虚拟角色的动画信息建立中间模型，得到虚拟骨骼模型之间关节的对应关系；

（2）为中间模型建立运动数据，驱动中间模型运动；

（3）重定向关节映射后，基于人体下肢运动规律消除重定向后的滑步现象；

（4）采用插值的方法对运动进行修正，消除重定向后的跳帧现象；

（5）通过添加各种物理约束条件，使重定向后的运动符合物理规律，生成动画关键帧序列。

最好步骤：在所述步骤（1）中，建立中间模型的方法是：中间模型最初是目标模型的拷贝；调整中间模型每个关节的自由度索引，使之与源模型的一致；调整中间模型初始姿态，使之源模型的一致。

最好步骤：调整中间模型的具体实现如下：（1-a）根据源模型和目标模型建立初始中间模型；（1-b）调整中间模型中各个关节在局部坐标系中的方向，使之与源模型的一致；（1-c）调整中间模型的骨骼比例，对中间模型的上肢长度进行调整，使得中间模型上肢中每块骨骼与源骨骼的比例等于中间模型下肢与源模型下肢的比例。 

最好步骤：为中间模型建立运动数据的方法是：如果源骨骼关节的坐标系旋转顺序与中间骨骼的坐标系旋转顺序不一致，通过建立旋转矩阵，提取符合条件的中间骨骼的关节欧拉角，用四元数                                               表示关节k在t时刻的旋转量，设中间模型中存在关节A，在源模型中与之对应的关节为B，关节B的父关节C在中间模型中并不存在，那么关节A的旋转量 = 。