[发明专利]一种基于子空间筛选的三维虚拟人体物理运动生成方法

摘要

本发明公开了一种基于子空间筛选的三维虚拟人体物理运动生成方法，属于计算机三维动画技术领域，该方法包括：将人体抽象为多刚体以及铰链结构关节组成的物理模型，对关节施加力矩驱动模型运动；对给定的人体运动数据进行滤波去噪、随机取样变异，作为进化算法输入的初始种群；种群个体集合作为初始的目标姿态集合；利用进化算法对其进行求解，结合PD控制器和当前目标姿态对物理模型进行物理仿真，获得若干候选个体；采用基于子空间筛选算法对多个个体进行筛选，选择最优的个体，作为下一时刻初始解；进而进行多次迭代获得物理控制轨迹，生成物理运动。

主权项

一种基于子空间筛选的三维虚拟人体物理运动生成方法，其特征在于：依次包括以下步骤：10）、将人体抽象为由多个刚体构成骨骼、铰链关节构成人体关节的物理模型，其中每个刚体的质量默认为同等密度，每个刚体的几何形状为圆柱体；采用比例微分控制器即PD控制器计算人体的整体当前姿态与目标姿态的差值产生力矩，然后铰链关节在力矩的作用下，驱动物理模型运动； 20）、从动作捕捉设备中采集运动数据或者动画师编辑产生的关键帧数据中获取运动片段，对运动片段进行滤波去噪，去除其中的错误帧，并进行重采样，获得运动数据；30）、根据步骤20）得到的运动数据，采用等时间间隔获取得到姿态构造进化算法的初始解，为了防止种群个体近亲繁殖，增加多样性，在获得的姿态每个通道增加随机扰动，得到进化算法的初始种群；40）、根据步骤30）得到的初始种群，作为进化算法的初始解，设置目标函数，将初始解输入进化算法，PD控制器产生力矩对人体物理模型进化物理仿真，计算得到每个个体对应的目标函数值即适应度值；50）、根据步骤40）得到的每个个体以及相应的适应度值，采用基于空间分割的筛选算法对个体进行筛选，选择较优的若干个体，记录其目标姿态、控制轨迹，组成新的种群，时间迭代增加0.1秒，若时间到达运动数据结束时间，转步骤60），否则转步骤30），进行下一轮迭代；60）、根据每轮迭代步骤50）记录的目标姿态、控制轨迹，采用PD控制器对人体物理模型驱动，生成人体物理运动。