[发明专利]基于骨骼运动数据的运动单元弯曲和扭转角度分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种运动单元弯曲和扭转角度分析方法，属于计算机图形学、虚拟现实技术领域。

背景技术

在三维模型的变形中，通常有以下几种变形技术：Morphing方法、FFD变形方法、基于骨骼的变形方法。Morphing方法通过插值方法实现变形，FFD变形方法通过控制包围三维模型表面的控制体实现变形，基于骨骼的变形技术通过设置模型表面网格顶点对应于骨骼的影响权值实现变形。有些三维模型的变形，如人体的躯干和四肢的变形，具有以下特点：变形发生在关节点附近的区域，属于局部变形；变形由一段骨骼围绕一个关节点旋转引起，因此变形后的模型与骨骼的运动情况一致；模型对应的关节点自由度多，运动复杂。这类模型的变形，需要满足以下要求：根据骨骼运动数据对三维模型的局部区域进行自动变形。Morphing方法和FFD变形方法不能跟骨骼的运动数据相结合，基于骨骼的变形方法需要对影响权值进行反复的调整，不能实现自动变形。

为了实现复杂三维模型的各种变形，可以使用通过专业动作捕捉设备获得的动作数据驱动三维模型进行自动变形。复杂三维模型的关节点数目很多，关节点构成的骨骼结构复杂，使用动作数据驱动三维模型进行自动变形需要对动作数据作复杂的分析和处理。

针对以上情况，本专利提出了一种通过比较运动单元中关节点在骨骼运动数据中的位置变化来获得弯曲和扭转角度的方法。运动单元包括三个关节点A、O、B，其中关节点A和O连接成骨骼OA，关节点B和O连接成骨骼OB，这样的结构称为运动单元。骨骼运动数据是指利用专业动作捕捉设备获得的动作数据，可参考T.K.Capin，I.S.Pandiz，H.Noser，et al.Virtual Human Representationand Communication in VLNET[J].IEEE Computer Graphics and Applications，1997.17(2)：42-53。

通过将三维模型中复杂的骨骼结构分解成最基本的运动单元，并从骨骼运动数据中获取每一个运动单元的弯曲和扭转角度，利用该角度对三维模型的每一个运动单元对应的局部区域进行变形，可以简化使用动作数据驱动三维模型进行自动变形的计算，并可以通过对每一个运动单元对应的局部区域分别应用较优的变形设置参数来获得更佳的变形效果。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的缺陷，为了解决使用动作数据驱动三维模型进行自动变形的问题，提出一种通过比较运动单元中关节点在骨骼运动数据中的位置变化来获得弯曲和扭转角度的方法。

本发明是通过下述技术方案实现的：

运动单元包括三个关节点A、O、B，其中关节点A和O连接成骨骼OA，关节点B和O连接成骨骼OB，将这样的结构称为运动单元。

使用以下方法根据骨骼运动数据计算运动单元的弯曲角度和扭转角度：

(1)获取关节点A、O、B在骨骼运动数据的初始帧中的坐标A₁、O₁、B₁。所述骨骼运动数据是指利用专业动作捕捉设备获得的动作数据，可参考T.K.Capin，I.S.Pandiz，H.Noser，et al.Virtual Human Representation andCommunication in VLNET[J].IEEE Computer Graphics and Applications，1997.17(2)：42-53.

(2)获取关节点A、O、B在骨骼运动数据的当前帧中的坐标A₂、O₂、B₂。

(3)使用平移向量平移A₂、B₂，获得平移后的坐标A₂′、B₂′；

即根据下式计算A₂、B₂平移后的坐标A₂′、B₂′：