运动捕捉数据重用方法的研究

自从运动捕捉技术被引入计算机动画制作领域之后,以其真实准确的优点得到了迅速的推广,如今在人们生活的各个领域都能够看到运动捕捉技术的身影,然而该技术同样存在一些缺点,其中最主要的缺点就是运动捕捉的成本十分昂贵,因此如何更好的重用已有的捕捉数据成为计算机图形学研究的一大热点.本文将对现有的运动捕获数据重用技术进行详细的剖析和比较.我们这里所说的重用技术是指在只需要较少的人工交互的基础上对运动数据的重新使用.按照不同的原理和处理方法我们将这些运动数据重用技术分成了三大类:对运动捕捉数据的直接重用,对运动捕捉数据的间接重用和直接与间接相结合的重用方法.并对各种代表技术进行了论述,分析了这些技术的优劣和可能的改进方法.     

基于姿势特征编码的运动数据分层检索

运动数据检索是为在已有的运动数据库中检索符合要求的数据进行重用和编辑, 基于姿势特征编码的分 层检索方式能提高检索速度和检索质量。 通过对运动骨骼分段, 提取能反应几何运动关系的骨骼分段夹角作 为特征向量, 对姿势特征进行编码, 建立基于运动特征的数据库索引, 并在检索过程中分别从运动特征、 数据索引和运动数值进行相似度比较。 实验结果表明, 在具有走、 跑、 舞等姿态的运动数据库中, 该方法相对 于其他方法具有较高的检索速度, 并得到满意的检索结果, 实现了运动逻辑相似性的有效检索。     

基于质量评价的运动跟踪数据融合方法

为提高人体运动跟踪系统的性能,将多源传感器数据进行融合。文章针对惯性传感器和Kinect体感传感器,给出了基于可信度、人体骨骼模型生理约束、运动约束和滤波误差的质量评价方法,设计了多传感器融合情况下的质量评价函数,提出了一种基于质量评价函数的运动跟踪数据融合算法。在滑动窗口内基于各传感器连续可信帧进行度量,作为数据融合时的质量因子。实验表明当Kinect或惯性传感器的数据出现较大误差时,通过融合算法提高了系统鲁棒性。     

处理光学捕获运动数据的算法

利用光学运动捕捉系统捕获布置在实验对象下肢的标记点的坐标, 借助测力板测量动作过程中实验对象受到的外部支反力, 编写Matlab 程序, 并导入以上数据, 实现下肢各体段的质心坐标、位移、速度和加速度, 以及各关节的角度、角速度、角加速度和关节力、关节力矩等运动参数的快速计算, 解决目前已有软件因处理手段繁琐而造成的结果输出周期过长的问题. 借用多项式拟合的方法平滑各参数的曲线图, 并与Visual 3D软件的处理结果进行对比, 验证了算法的准确性.     

三维动画中运动重定向技术研究

运动重定向是三维动画中进行运动编辑与合成的重要方法之一.通过重定向可以将已有运动映射到目标模型上,对运动数据加以重用.本文对现有的运动重定向技术进行了总结,从理论到具体实现等各个方面都作了详尽的剖析,提出了运动重定向技术需要研究和解决的问题,可为深入研究运动重定向技术提供有益的参考.     

三维摄像测量系统在人体上肢运动分析中的应用

使用基于普通摄像机的三维摄像测量系统,对人体上肢运动数据进行了测量。根据人体上肢运动的特点,将其简化为具有7个自由度的刚体运动;通过分析布置在上肢上若干标记点的运动,建立了固连于上肢的关节坐标,提出了关节转角的计算方法,得到了日常活动中人体上肢关节运动数据。     

基于Emgu的运动目标监控系统设计实现

本设计是基于开放视觉图形处理库Emgu对捕获的视频图像进行处理,实现视频图像进行显示与跟踪,动态监控画面,并对视频进一步分析,捕获画面中的运动实体,并把重要信息保存到数据库,提供信息检索修改等操作。     

运动捕捉技术的跑步运动损伤分析

跑步是重复性较高的运动,对膝、踝关节的损害较大。采用Vicon MX光学运动捕捉系统捕捉人体跑步运动的步态数据,结合生物力学、运动学原理构建膝、踝两关节的运动数据曲线并对特征曲线进行分析,最后得出跑步过程中的半月板、膝关节韧带、踝关节韧带等损伤的影响因素。研究成果可应用于人体生物力学分析及指导健身器械的构建。     

基于时间扭曲图快速搜索的运动融合方法

文章提出了一种基于时间扭曲图快速搜索的运动融合方法,实现了不同角色之间的运动合成。首先在动态时间扭曲的基础上加以一定的规则约束,提高了搜索对齐帧的速度,构造出时间扭曲曲线,实现运动序列之间的时间配准;然后对对应姿态之间进行局部姿态融合,重构角色根关节运动轨迹,合成最终的融合运动序列。实验结果表明,该方法缩短了对齐的时间,生成的混合运动流畅、协调,且保持源运动序列的主要特征。     

基于余弦距离的人体运动数据行为分割算法

对人体运动捕捉数据进行行为分割是人体运动数据分析与合成中的关键处理步骤,为此,提出一种新的人体运动数据行为分割算法。采用骨骼夹角直方图刻画人体运动统计特征,使用余弦相似度作为人体运动数据骨骼夹角直方图特征的相似性度量,实现对运动行为的自动分割。对于给定的人体运动捕捉序列,首先定义滑动比较窗口,计算当前窗口范围内运动序列前、后2部分骨骼夹角直方图统计特征的余弦相似度,然后通过在运动序列上滑动该窗口,获得运动序列的余弦相似度曲线,曲线最小值位置即为不同类型行为的分割点。在CMU人体运动捕捉数据库上进行数值实验。研究结果表明:本文算法能够实现对人体运动捕捉数据的自动行为分割;与广泛采用的基于PPCA的行为分割方法相比,本文算法具有良好的性能。     

基于分量分离方法的地震动反应谱

地震动反应谱统计分析中存在的离散性一直是影响设计谱精确估计的重要因素.地震动加速度反应谱离散性偏大的区段主要集中于长周期部分.为了进一步研究地震动反应谱及其长周期段的特征,建立了一个综合强地震动数据库,考虑地震动反应谱的特征将强震记录分为普通型和低频型2类,采用数字滤波方法将低频型地震动中的长周期分量分离,引入了一种2阶段平稳简谐地震动模型用于等效所分离的低频分量.结果表明:滤波后的低频型地震动与普通型地震动反应谱仍有明显差别;低频型地震动与分离后得到的低频分量以及高、中频分量参数间存在一定的相关性;指出普通型地震动与低频型地震动的设计谱须分别单独标定,其中普通型地震动设计谱采用平均谱标定,低频型地震动设计谱可以在普通型地震动设计谱标定方法的基础上对长周期段进行修正得到.该研究为地震动反应谱特征及规律的认识提供了新的方法,为设计谱的精确标定提供了参考和依据.     

基于解析方法的机床运动创成

提出以刀具类型和被加工表面的几何信息为输入，通过解析求解机床运动方案的设计方法。利用该方法可以突破传统的机床运动形式，创成出新型式机床。以平面曲线加工为例，给出了所有两自由度机床的运动方案。     

基于BVH的驾驶动作捕捉数据研究

提出基于BVH的驾驶动作捕捉数据初步研究方法. 详细解析BVH文件格式特征以及文件中每个数据的表达内容;利用驾驶动作捕捉数据建立了驾驶员在保持驾驶姿势情况下的坐标系统;结合正向运动学方法对动作数据进行处理. 通过动作数据分析以及矩阵的变换将抽象的动作数据转换为具体的空间绝对坐标数据,并建立了量化描述驾驶动作的方法,为进一步研究驾驶动作及分析驾驶行为等提供了运动参数.     

视频抖动矫正系统中的运动滤波

数码相机拍摄的视频往往带有因为拍摄人手的不稳定而引入的抖动,因此该文给出了一个视频抖动矫正方案,包括全局运动估计、运动的抖动分量滤除、抖动补偿3个模块。对摄像机运动模型,该文考虑了最常见的水平、垂直平动和平面转动这3个运动参数来进行全局运动估计,首先采用基于块匹配运动估计方法来得到运动参数的初始值,然后用Newton迭代法进行参数优化;从运动学的角度出发设计了一种以二次B样条方法为基础来拟合摄像机的运动轨迹方案。实验证明这种滤波器的设计方法能够很好地去除视频抖动,明显改善视频的主观效果。该方法不仅简单,而且不需要预知抖动的模式就能够确保运动轨迹的平滑。     

基于动作捕捉的计算机动画探讨与实现

探讨了动作捕捉 (motioncapture)技术 ,分析了运动数据的采集方法及其处理技术 ,剖析了 3DStudioMax文件的结构 ,并利用 3DStudioMax文件建立了计算机动画模型 ;在此基础上 ,利用处理后的数据文件驱动该模型 ,实现了计算机动画生成 .最后探讨了其在影视制作中的应用 .     

Fast Individual Facial Animation Framework Based on Motion Capture Data

Based upon motion capture,a semi-automatic technique for fast facial animation was implemented. While capturing the facial expressions from a performer,a camera was used to record her /his front face as a texture map. The radial basis function（ RBF） technique was utilized to deform a generic facial model and the texture was remapped to generate a personalized face.Partitioning the personalized face into three regions and using the captured facial expression data,the RBF and Laplacian operator,and mean-value coordinates were implemented to deform each region respectively. With shape blending,the three regions were combined together to construct the final face model. Our results show that the technique is efficient in generating realistic facial animation.     

游戏动画中的动作捕捉

简述了动作捕捉技术的基本原理，分析了游戏动画制作中动作的特点及运用动作捕捉的技术难点．为了避免传统的动作捕捉方法在游戏动画制作中所遇到的精度与处理速度低的问题，从动作列表和跟踪点设置、布局设计以及动作编辑入手，对原有的动作捕捉的传统标准方法进行了改进．该方法首先对游戏动画动作进行分析，形成相关的动作列表，进而对人体模型树及人体自由度进行分析，得出优化后的跟踪点布局设计，最后在此基础上通过对人体关节树的分析及运动描述，实现动作编辑，从而实现了捕捉原理上的创新．并且给出了动作捕捉技术在游戏动画制作中应用的整体框架．     

盆地型长周期地震动的判别准则

为了筛选出盆地内超高层结构抗震设计所需的盆地型长周期地震动(简称为长周期地震动)验算波,总结了长周期地震动的形成机理,分析了长周期地震动中面波的卓越性,提出了截取由面波主导的地震动尾波的方法,通过基于尾波特性的统计分析得到了长周期地震动的判别准则.结果表明:沉积盆地边界所激发的面波在盆地内传播、叠加以及依频率放大是长周期地震动的主要形成机理;长周期地震动中由面波主导的尾波段对长周期结构响应起控制作用;长周期地震动判别准则宜定为:速度反应谱卓越周期大于2s,且截取出的尾波与原始波在速度反应谱卓越周期处的谱幅值比大于85%.     

一种改进算法的光学运动捕捉系统

对光学运动捕捉系统中关键技术进行了论述，为了得到无需后期手工标注的三维数据，需对二维标记点预测和跟踪，提出了利用先验数据准确跟踪标记点的算法，采用非线性和线性结合的方法标定摄像机，计算出摄像机的外部参数和内部参数，三维重建时利用多个摄像机融合重建，提高了重建的准确率，并利用对摄像机分组的方法，降低了运算的复杂度，实验结果证明，本系统能够得到较为精确的人体运动数据。