[发明专利]实时可控步长的人体腿部连续直线走动的运动生成方法

说明书

技术领域

本发明属于人体动画制作技术领域，具体涉及一种实时可控步长的人体腿部连续直线走动的运动生成方法。

背景技术

在人体动画制作中，一项重要任务是制作与虚拟环境相适应的虚拟人连续走动运动。人体走动运动的动画制作需要走动运动数据，该数据是一种具有协调特性的高维时变数据，人工操作生成这种数据的难度非常大。一个连续走动运动可表示为：M(t)＝{P(t)，T(t)}，式中M(t)表示走动运动，t表示时间，P(t)表示t时刻人体的姿势，T(t)表示t时刻人体的位置，T(t)由脚部支撑约束和P(t)决定，其中脚部支撑约束指的是人体走动过程中因脚支撑位置对人体位置的约束。

变步长人体走动运动生成方法主要有以下两类：1)数据驱动方法：该方法需要不同步长走动的运动数据集，该运动数据集的数据量非常大，并且该类方法适用于离线的变步长走动运动合成；2)物理仿真方法：该方法需要以模型的初始参数(即能生成单一特定步长的走动运动参数)为起点，然后仿真得到运动结果，根据仿真结果中的步长与目标步长的差距反复迭代调整模型参数并执行仿真过程，该类方法计算代价很大，并且也难以应用于在线的实时走动运动生成。

运动学描述方法在走动运动生成方面不考虑运动的力学因素，根据走动运动的大量统计数据，直接描述M(t)中的人体姿势P(t)和人体位置T(t)之间的函数关系。Boulic等人在经验数据的基础上，提出了一个带运动学的全局的人体行走的运动模型，以下简称Boulic走动模型，详见Ronan Boulic，Nadia Magnenat Thalmann，Daniel Thalmann等发表的《A global human walking model with real-time kinematic personification》一文，发表于The Visual Computer 1990，Volume 6，Issue 6，pp 344-358。由于Boulic走动模型是一个没有脚部支撑约束的自由走动模型，描述了M(t％)中的P(t％)要素变化的连续性与协调性，但缺少对人体位置要素T(t％)的精确控制，在实际使用时存在诸多局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种实时可控步长的人体腿部连续直线走动的运动生成方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能通过单步步长控制达到直线走动运动步长可控的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种实时可控步长的人体腿部连续直线走动的运动生成方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、三维人体运动建模：先通过参数设置单元对虚拟人体腿部关节链的几何结构进行设定，再根据Boulic走动模型的建模方法，采用数据处理设备建立所述虚拟人体直线走动的腿部运动模型，所建立的腿部运动模型为Boulic走动模型；

所述参数设置单元与所述数据处理设备相接；

步骤二、单步步长序列设定：采用所述参数设置单元对单步步长序列进行设定，并对所设定的单步步长序列进行同步存储；

所述虚拟人体直线走动过程中左腿或右腿向前迈出一步称为单步，且左腿或右腿向前迈出一步的步长称为单步步长SL；所述单步步长序列中包含N个单步步长设定值，N个所述单步步长设定值按照时间先后顺序由前至后排列；其中N为正整数且其为所述虚拟人体直线走动过程中向前迈出的单步步数；N个所述单步步长设定值中包括n个不同数值的单步步长设定值，其中n为正整数且n≤N；

步骤三、不同单步步长的单步运动姿势序列确定：采用所述数据处理设备先根据步骤一中所建立Boulic走动模型，对单步步长SL与走动速度RV之间的关系进行确定；之后，再根据所确定的单步步长SL与走动速度RV之间的关系，对n个不同数值的单步步长设定值对应的单步运动姿势序列分别进行确定；所述单步运动姿势序列为所述虚拟人体向前迈出单步过程中腿部姿势P(t％)随时间变化的序列；其中，t％为一个走动周期内各时刻的相对时间且t％＝0％～100％，所述虚拟人体的左右腿分别向前迈出一步为一个所述走动周期；