[发明专利]一种基于草图的三维人体骨骼动画自动生成方法

说明书

本发明涉及一种基于草图的三维人体骨骼动画自动生成方法，本系统以简化骨骼动画制作的交互方式作为着手点，以草图图像输入的方式提供待生成动画的首尾帧，使用tensorflow构建神经网络框架分别实现系统的草图三维重建和骨骼动画插值帧信息自动合成两部分模块，最终实现基于草图的三维人体骨骼动画自动生成方法。该系统前后端代码逻辑分离，具有较高的灵活性。该系统对用户输入图像会自动进行预处理操作，从而满足各部分网络输入格式，可以降低整个系统的交互上的复杂程度。

技术领域

本发明涉及计算机动画技术领域，尤其涉及一种基于草图的三维人体骨骼动画自动生成方法。

背景技术

在计算机图形学中，三维建模技术提供了很多必要的方法用来将现实世界中的物体转化为三维坐标系下的数学表达形式，并通过计算机程序进行渲染，从而实现在虚拟空间模拟真实世界的效果。目前有很多成熟的三维建模软件，例如CAD、Maya、3DsMax等，并且在实际的三维建模中都得到了各个领域的广泛应用。虽然这些三维建模软件已经广泛用于生产环境，但是在软件的使用上往往需要经过专业的培训并且具有比较陡峭的学习曲线。传统的三维建模软件强调使用繁琐的交互规则对使用者的输入形式进行限制，从而提高建模精度，因此，即使对于专业的建模人员而言建模任务也会花费巨大的时间开销。

为了解决这一问题，基于草图的三维建模技术提供了使用手绘草图作为输入的方式进行几何建模的有效方法。基于草图的建模技术介绍了一种基于手势的针对构造表示(CSG)建模的方法，这种方法可以实现对于简单三维模型的快速建模。基于草图的三维建模技术主要以二维草图曲线作为输入，并最终根据输入的草图轮廓信息输出对应的三维模型。基于草图的建模技术主要是为具有绘画能力但缺乏三维建模软件使用经验的用户而提出并设计的。近年来，人们越来越多地将基于草图的建模技术用于三维建模任务，并已经可以广泛地应用于一些特殊领域，如动物建模、游戏角色建模、服装设计、头发建模等。通过简单的二维草图轮廓笔划，用户可以使用草图输入界面进行具有自由几何表面的复杂模型对象的建模，从而可以以更有效的方式减少建模周期的时间开销。

相对于三维建模而言，计算机动画技术一直是研究的重点和难点。计算机动画是以动画序列形式存在的，在此基础上需要使用情节板对动画动作进行概述，并在动画时间轴的特定关键帧中对于一固定场景进行详细绘制，要求每一个关键帧中都能够反映出整个动画在特定时刻的动态信息。为了保证动画序列的连续性，需要在一对关键帧之间加入插值帧，而插值帧的数量密度决定了动画的品质。相对二维动画而言，三维动画需要更多的规则限制，在其中三维人体骨骼动画的研究更加具有挑战。在三维人体骨骼动画中，人体是利用关节链形体进行建模，其中每个固定关键帧中都能够反映出特定时刻骨骼关节点在世界坐标系中的具体坐标位置。在完整的三维骨骼动画制作过程中，首先需要对人体骨骼结构进行三维建模，为了模拟真实人体骨骼关节点的位置关系，在建模的过程中需要建模人员掌握专业的三维建模与人体骨骼结构知识，需要投入较大的人力与时间成本；其次是需要参考真实人体骨骼运动过程中关节点的坐标位置变化轨迹从而确定关键帧与插值帧模型并进行必要的编辑工作。整个制作过程虽然可以通过使用动画制作软件来进行实现，但由于需要大量的专业领域知识以及复杂的交互规则，因此成为了限制用户使用的一个瓶颈。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种基于草图的三维人体骨骼动画自动生成方法。该系统使用草图建模技术与深度学习方法解决通过输入任意两张人体动作草图图像的方式自动生成三维人体骨骼动画，从而通过减少系统的交互频率与复杂性来提高三维人体骨骼动画的制作效率。

本申请是通过如下技术方案实现的：

一种基于草图的三维人体骨骼动画自动生成方法，该方法包括如下步骤

步骤1，实现与用户的交互，接收用户输入的人体动作草图图像文件；

步骤2，根据所述草图图像文件调用后台模型；

步骤3，根据动画序列中首尾帧中的人体动作信息进行完成动画序列中的缺失插值帧的自动合成，进而实现完整动画序列的生成；