生成運動合成數(shù)據(jù)的方法和生成運動合成數(shù)據(jù)的設備的制作方法
【專利摘要】一種用于從記錄的兩個運動剪輯中生成運動合成數(shù)據(jù)的方法，包括：將運動幀變換（s10）到標準坐標；將運動幀的高頻運動數(shù)據(jù)與低頻運動數(shù)據(jù)進行分離（s20）；從不同的運動剪輯中確定（s30）幀距離低于閾值的至少兩個運動幀，并定義（s35）所述至少兩個運動幀之間的轉換點；在所確定的運動幀之間對高頻運動數(shù)據(jù)和低頻運動數(shù)據(jù)分別內插（s40）運動數(shù)據(jù)；并且從三個分段中生成（s50）運動路徑：一個分段是來自第一運動剪輯的直到轉換點的變換后的運動數(shù)據(jù)，一個分段是內插的運動數(shù)據(jù)，以及一個分段是從所述轉換點開始的、來自第二運動剪輯的變換后的運動數(shù)據(jù)。
【專利說明】生成運動合成數(shù)據(jù)的方法和生成運動合成數(shù)據(jù)的設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生成運動合成數(shù)據(jù)的方法和一種生成運動合成數(shù)據(jù)的設備。
【背景技術】
[0002]該部分旨在向讀者介紹可能與以下描述和/或要求權利的本發(fā)明的各個方面有關的技術的各個方面。相信該討論有助于向讀者提供便于更好地理解本發(fā)明的各個方面的背景信息。相應地，應理解，要鑒于此來閱讀這些敘述而不是對現(xiàn)有技術的承認。
[0003]動畫人是多種范圍的媒體的重要部分，并且它們在娛樂、訓練、可視化和其它應用中是很常見的。將人的運動動畫制作得令人信服是比較困難的，主要是兩個原因:運動自身本質上是復雜的，并且由于人類觀察者熟悉自然的人類運動，因此他們對錯誤是非常敏感的。
[0004]可以將用于對人物進行動畫制作而生成人類動作的方法分為3類:關鍵幀制作(keyframing)、物理模擬和運動捕捉。在關鍵巾貞制作動畫方法中,手動地規(guī)定人物姿勢的序列。這種方法需要投入對于多數(shù)應用而言高得驚人的時間和藝術才能。還可以使用物理規(guī)律來建模和模擬人類運動:這種方法在物理上看上去是可行的，但是微妙的“個性”是難以再現(xiàn)的。最終，基于運動捕捉的方法更普遍:這種方法記錄生動的人物的運動，并且然后忠實并且準確地播放動畫?？梢允褂眠\動捕捉數(shù)據(jù)來高效地創(chuàng)建真實人員能夠執(zhí)行的任何運動的高逼真度的動畫，并且它已經變成電影和視頻游戲產業(yè)中的標準工具。
[0005]然而，因為運動捕捉數(shù)據(jù)僅僅能夠再現(xiàn)已經記錄的運動，對于動畫制作的人物的動作，它提供了很少的控制。數(shù)據(jù)驅動的運動合成方法用于基于現(xiàn)有的運動捕捉數(shù)據(jù)來生成新的運動?；谶\動圖形的方法是一組能夠從運動捕捉數(shù)據(jù)庫中合成新的運動的方法。圖1圖示了運動圖形的原理思想。在圖1中，節(jié)點1，...，8表示短的運動剪輯，并且節(jié)點之間的有向邊指示運動剪輯之間的轉換信息。根據(jù)優(yōu)化規(guī)則使用“深度第一搜索”從運動圖形中合成新的運動。
[0006]不同運動剪輯之間的運動轉換僅僅在相似姿勢上發(fā)生。如圖3所示，不同種類的運動剪輯，例如，行走和偷偷走動，僅僅相似的姿勢(標記，marked-up )可以用作轉換點。通常通過與圖像匹配算法相似的運動序列匹配算法自動地找到相似的姿勢。計算運動剪輯A中的一幀和運動剪輯B中的另一幀之間的相似程度度量。可以使用度量低于閾值的幀作為轉換姿勢。在圖4中，對于運動剪輯A中的幀[i]和運動剪輯B中的幀[j]之間的度量的計算，還可以在計算時考慮相鄰的幀以有助于保留運動的動態(tài)性。如圖5所示，例如通過使用被附加到每個接合點(joint)的虛擬標記來執(zhí)行運動的分析。可以在相似程度度量計算時使用這些標記的位置；可以根據(jù)下式來計算度量
_7]W
[0008]其中Wi是人物的每個接合點的權重，-Θ ,Xtl, Ztl是可以將幀[i]處的運動剪輯A與幀[j]處的運動剪輯B對齊的優(yōu)化變換，Pi和P/分別是運動剪輯A和運動剪輯B中的標記位置。在文獻 J.Lee、J.ChaiλΡ.Reitsma、J.Hodgins 和 N.Pollard 的《Interactive controlof avatars animated with human motion data》(ACM Transactions on Graphics，21 (3):491-500,2002)中，使用不同的方法來計算度量:
[0009]
【權利要求】
1.一種用于從記錄的至少兩個運動剪輯中生成運動合成數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟: -對運動剪輯的每個幀，將運動幀變換(SlO)到標準坐標； -將運動幀的高頻運動數(shù)據(jù)與運動幀的低頻運動數(shù)據(jù)進行分離(s20); -從所述記錄的至少兩個運動剪輯中的不同的運動剪輯中確定(s30)幀距離低于閾值的至少兩個運動幀，并且定義(s35)所述至少兩個運動幀之間的轉換點； -在所確定的至少兩個運動幀之間內插(s40)運動數(shù)據(jù)，其中對高頻運動數(shù)據(jù)和低頻運動數(shù)據(jù)分別進行內插； -從三個分段中生成(s50)運動路徑，其中第一分段是來自所述不同運動剪輯中的第一個直到轉換點的變換后的運動數(shù)據(jù)，第二分段是內插的運動數(shù)據(jù)，第三分段是從所述轉換點開始的、來自所述不同的運動剪輯中的第二個的變換后的運動數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法,其中內插使用B樣條(NURBS)曲線規(guī)整。
3.根據(jù)權利要求1-2中任一項所述的方法，其中所述確定包括路徑擬合步驟(s301)，其中執(zhí)行運動圖形深度搜索(s301 a )。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的方法，其中，對于第一運動剪輯中的至少一個幀，確定來自不同的第二和第三運動剪輯的兩個或者更多個幀，并且對第一運動運動剪輯的所述至少一個幀，定義(s35, s37)至少兩個轉換點。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，還包括步驟:在運動路徑重新計算時，對于第一運動剪輯中的所述至少一個幀選擇(s38)另一轉換點。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的方法，其中，將高頻運動數(shù)據(jù)與低頻運動數(shù)據(jù)相分離的步驟(s20)包括:對變換后的運動數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析，或者在所述變換步驟之前對運動數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的方法，其中，在將高頻運動數(shù)據(jù)與低頻運動數(shù)據(jù)相分離的步驟中使用小波變換。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的方法，其中，確定幀距離低于閾值的至少兩個運動幀的步驟(s30)包括計算幀距離(s303)的步驟。
9.根據(jù)權利要求1-8中任一項所述的方法，還包括:在運動數(shù)據(jù)庫中存儲(s60)所定義的轉換點的轉換點數(shù)據(jù)的步驟。
10.根據(jù)權利要求1-9任一項所述的方法，還包括:將生成的運動路徑的運動數(shù)據(jù)分配(s70)給動畫人物的步驟。
11.一種從記錄的至少兩個運動剪輯中生成運動合成數(shù)據(jù)的設備，包括: -變換部件(110)，用于對運動剪輯的每個幀，將運動幀變換到標準坐標； -分離部件(120)，用于將運動幀的高頻運動數(shù)據(jù)與運動幀的低頻運動數(shù)據(jù)進行分離；-確定部件(130)，用于從所記錄的至少兩個運動剪輯中的不同的運動剪輯中確定幀距離低于閾值的至少兩個運動幀，并且用于定義所述至少兩個運動幀之間的轉換點； -內插部件(140)，用于在所確定的至少兩個運動幀之間內插運動數(shù)據(jù)，其中對高頻運動數(shù)據(jù)和低頻運動數(shù)據(jù)分別進行內插；以及 -運動路徑合成部件(150)，用于從三個分段中生成運動路徑，其中第一分段是來自所述不同運動剪輯中的第一個直到轉換點的變換后的運動數(shù)據(jù)，第二分段是內插的運動數(shù)據(jù)，第三分段是從所述轉換點開始的、來自所述不同的運動剪輯中的第二個的變換后的運動數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權利要求11所述的設備，其中，確定部件(130)包括執(zhí)行路徑擬合的路徑擬合部件(1301)，其中路徑擬合包括運動圖形深度搜索。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的設備，還包括選擇部件(1308)，用于在運動路徑重新計算時(例如在檢測到障礙物對象之后)，對于第一運動剪輯中的所述至少一個幀選擇另一轉換點。
14.根據(jù)權利要求11-13中任一項所述的設備，其中，用于將高頻運動數(shù)據(jù)與低頻運動數(shù)據(jù)相分離的分離部件(120)包括頻率分析部件(1201)，用于對變換后的運動數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析，或者在所述變換之前對運動數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析。
15.根據(jù)權利要求11-14中任一項所述的設備，還包括存儲部件(131)和存儲控制部件(132)，用于生成運動數(shù)據(jù)庫并且在運動數(shù)據(jù)庫中存儲轉換點數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G06T7/20GK103582901SQ201080071259
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2010年12月29日 優(yōu)先權日:2010年12月29日
【發(fā)明者】滕軍, 夏志進, 蔡康穎, 楊繼珩 申請人:湯姆遜許可公司