[发明专利]一种基于视频驱动的室外树计算机动画生成方法

摘要

本发明公开了一种基于视频驱动的室外树计算机动画生成方法。该方法包括重建静态树模型重建；确定三个占优振动模的位移；对树动视频采用L‑K光流法和交互式手动选择的半自动跟踪算法跟踪特征点，获得采用相对偏转角表示的枝叶运动轨迹；对枝叶运动轨迹进行快速傅里叶变换，变换后频域振幅的最大值对应的频率为枝叶振动的自然频率；采用半功率带宽法，确定枝叶振动的阻尼系数；确定静态平衡力和外力作用下的静态平衡位置。本发明提出一种用于从树的拉放运动视频中提取枝叶运动轨迹的半自动跟踪算法，采用傅里叶变换和半功率带宽法实现枝叶自然频率和阻尼系数的有效提取，将提取的物理参数与树的动力学模型相结合，从而实现树的真实感动画。

主权项

一种基于视频驱动的室外树计算机动画生成方法，其特征在于，包括：利用树枝图像的点云三维空间信息和二维像素，结合极线约束的交互式编辑技术，进行静态树模型重建；在重建的静态树模型中分析树枝弯曲悬臂梁的振动模型，通过模态分析法，将树枝弯曲悬臂梁的振动分解为三个占优振动模，通过公式(1)，确定树枝弯曲悬臂梁的动力学方程的时域方程，且通过欧拉法从时域方程中求解三个占优振动模的位移；其中，三个占优振动模的位移中包括：自然频率和阻尼系数；对树动视频采用L‑K光流法和交互式手动选择的半自动跟踪算法跟踪特征点，通过公式(2)，获得采用相对偏转角表示的枝叶运动轨迹；对枝叶运动轨迹进行快速傅里叶变换，获取变换后频域振幅的最大值；其中，变换后频域振幅的最大值对应的频率为枝叶振动的自然频率；采用半功率带宽法，通过公式(3)，确定枝叶振动的阻尼系数；根据三个占优振动模的位移、自然频率和阻尼系数，通过公式(4)，获得三个静态平衡力；根据三个静态平衡力，求解树枝弯曲悬臂梁在外力作用下的静态平衡位置；所述公式(1)，如下所示：q··i(t)+4πfiζiq·i(t)+4π2fi2qi(t)=(Fu(t),0,Fw(t))Tmi]]>其中，fi和ζi分别为对应振动模的自然频率和阻尼系数；mi为曲梁质量；qi(t)为三个振动模的位移；所述公式(2)，如下所示：θi=arccos(vc·vp)/(||vc||·||vp||)if(vc×vp>0)-arccos(vc·vp)/(||vc||·||vp||)otherwise]]>其中，vc，vp为相邻的两段枝叶向量，由获取的标记点位置信息pj‑pi决定；所述公式(3)，如下所示：ζ＝(fright‑fleft)/(2f0)P(fleft)=P(fright)=P0/2]]>其中，f0为某树枝对应的自然频率，P0为f0处功率(或振幅)的最大值；所述公式(4)，如下所示：F′(t)=4π2fi2Pk(fi)qi(t)]]>其中，Pk(fi)为频率fi对应振幅。