[发明专利]一种可形变物体的高真实感动画合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机动画领域，尤其涉及一种可形变物体的高真实感动画合成方法。

背景技术

合成可形变物体的高真实感动画在影视制作、电脑游戏、可视语音合成、人脸动画、多模态人机交互等领域有着广泛的应用前景。

所述可形变物体主要包括：舌头、人脸、肌肉与人体躯干等。

以舌头为例，合成高真实感的舌头动画可以帮助人们更好地学习各种语言，也有助于声道发音机制的研究。在人脸动画中，通过增加舌头动画，可以极大地提高人脸动画的视觉效果。人的舌头和发音密切相关，通过舌头内部和外部的肌肉激励，舌头可以产生各式各样的形变。

为了逼真地模拟舌头的形变，《可视化和计算机动画》杂志2001年第12期107-115页提出了一种基于B样条曲面的舌头模型。该模型包含60个控制点，这60个控制点的位移又由6个控制参数进行线性控制，其基本原理是：通过权值矩阵确定每个控制参数对控制点位移的影响,控制点最终的位移通过6个控制参数加权求和得到。该方法需要人工设定权值矩阵，非常耗时，且舌头形变不自然，形变过程中也无法保证舌头的体积不变性。此外，还有学者提出了基于有限元的舌头模型，这种方法是通过肌肉激励驱动舌头发生形变。

基于有限元的舌头模型主要有以下缺点：一是需要将舌头网格模型实体化，即在舌头内部构建稠密的四面体结构，而现有的方法很难自动且准确地完成这一过程；二是有限元模型计算复杂度极大，无法合成实时的动画；三是在舌头形变或舌头协助发音过程中，很难确定是哪些肌肉组合产生了激励，因而很难合成高真实的舌头动画。

总之，现有的方法在进行可形变物体动画合成时工作较为复杂，且其真实度也较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种可形变物体的高真实感动画合成方法，简化了工作过程，且可合成较高真实度的可形变物体的动画。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可形变物体的高真实感动画合成方法，该方法包括：

基于扫描设备重建可形变物体的精确三维网格模型；

从该三维网格模型中提取若干用于驱动该可形变物体发生形变的网格点作为控制点，并将若干控制点的真实位移作为输入，获得形变后的若干控制点的位置；

根据所述形变后的若干控制点的位置，并将该可形变物体体积不变作为约束条件，通过最小化形变能量函数，计算得到该三维网格模型中其余网格点形变后的位置，从而获得该可形变物体的高真实感动画。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，利用扫描设置重建获得三维网格模型，而不需要对可形变物体模型进行实体化，可极大地简化了可形变物体动画合成的预处理过程；同时，通过设置少量控制点来控制可形变物体的整体形变，并通过这些控制点真实的运动数据驱动该可形变物体发生形变，最终合成具有高真实的可形变物体的动画。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例一提供的一种可形变物体的高真实感动画合成方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的舌头的三维网格模型的示意图；

图3为本发明实施例一提供的合成的舌头动画的示意图；

图4为本发明实施例一提供的皮球在两端拉伸时球体形变的动画过程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种可形变物体的高真实感动画合成方法的流程图。如图1所示，该方法主要包括：

步骤11、基于扫描设备重建可形变物体的精确三维网格模型。

本发明实施例中，可形变物体的精确三维网格模型可利用三维软件并结合可形变物体的尺寸比例来建立精确三维网格模型，也可结合扫描设备来建立。

示例性的，所述扫描设备可利用医学核磁共振设备来实现；具体的：

1)使用核磁共振设备扫描一组所述可形变物体的核磁共振图像。

2)提取图像中所述可形变物体的轮廓，在轮廓线上均匀地选取一定数量的特征点。