实时三维人体卡通运动的设计与实现

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1、第２３卷第６期计算机辅助设计与图形学学报Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．６２０１１年６月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ－ＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ＆ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒａｐｈｉｃｓＪｕｎｅ２０１１实时三维人体卡通运动的设计与实现刘登志１）１）１，２）１）＊，卢书芳，万贤美，金小刚１）（浙江大学ＣＡＤ＆ＣＧ国家重点实验室杭州３１００５８）２）（浙江财经学院信息学院杭州３１００１８）（ｄｅｎｇｚｈｉｌｉｕ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ）摘要：为了实现虚拟角色的三维卡通运动，提出一种结合卡通滤波与骨骼模型自动绑定的实时生成算法．首先运用高斯拉普拉斯算子对捕获的运动数据进行滤波，然后用热量平衡的原理来自动绑定给定的人

2、体模型，最后将滤波后的运动数据加载到绑定好的模型中，生成卡通化的夸张的动画序列．为了避免出现“ｃｏｌｌａｐｓｅ”和“ｃａｎｄｙｗｒａｐｐｅｒ”等走样现象，采用了ＳＢＳ算法对网格进行变形．运动捕获数据滤波与蒙皮过程均使用ＧＰＵ进行了加速．实验结果表明，运用该算法生成的动画效果满足动画法则，网格变形后表面光滑，用户交互简单．关键词：高斯拉普拉斯；卡通运动滤波器；骨骼动画；自动绑定；球形插值蒙皮中图法分类号：ＴＰ３９１Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ３ＤＨｕｍａｎＣａｒｔｏｏｎＡｎｉｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ１），ＬｕＳｈｕｆａｎｇ１），ＷａｎＸｉａｎｍｅｉ１，２），ａｎｄＪｉｎＸｉａｏｇａｎｇ１）＊Ｌｉｕ

3、Ｄｅｎｇｚｈｉ１）（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣＡＤ＆ＣＧ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００５８）２）（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＦｉｎａｎｃｅ＆Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１８）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｏｖｅｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ３Ｄｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃａｒｔｏｏｎａｎｉｍａｔｉｏｎ．ＷｅｆｉｒｓｔｕｓｅｔｈｅＬａｐｌａｃｉａｎｏｆＧａｕｓｓｉａｎ（ＬｏＧ）ｆｉｌｔｅｒｔｏｐｒｏｃｅｓｓｔｈｅｍｏｔｉｏｎｃａｐｔｕｒｅｄ

4、ａｔａ，ｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎａｍｏｒｅ“ａｌｉｖｅ”ｏｒ“ａｎｉｍａｔｅｄ”ａｎｉｍａｔｉｏｎｓｔｙｌｅ．Ｔｈｅｎ，ｗｅｕｓｅｔｈｅａｎａｌｏｇｙｔｏｈｅａｔｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｔｏａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｒｉｇｔｈｅｍｅｓｈｍｏｄｅｌ．Ａｆｔｅｒｔｈａｔ，ｗｅｒｅｔａｒｇｅｔｔｈｅｆｉｌｔｅｒｅｄｄａｔａｔｏｔｈｅｒｉｇｇｅｄｍｅｓｈｍｏｄｅｌａｎｄｇｅｎｅｒａｔｅｃａｒｔｏｏｎａｎｉｍａｔｉｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ．Ｔｈｅｓｐｈｅｒｉｃａｌｂｌｅｎｄｓｋｉｎｎｉｎｇ（ＳＢＳ）ｉｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏａｖｏｉｄｃｏｌｌａｐｓｅａｎｄｃａｎｄｙｗｒａｐｐｅｒａｒｔｉｆａｃｔｓ

5、，ｗｈｉｃｈｃｏｓｔｓｌｏｗｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｎｄｍｅｍｏｒｙｓｐａｃｅ．Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｍｅｔｈｏｄｌｉｅｓｉｎｉｔｓｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙａｎｄｒｅａｌ－ｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｏｕｒａｐｐｒｏａｃｈｃａｎｐｒｏｄｕｃｅｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｅａｓｙｔｏｕｓｅｅｖｅｎｆｏｒｎｏｖｉｃｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬａｐｌａｃｉａｎｏｆＧａｕｓｓｉａｎ；ｃａｒｔｏｏｎａｎｉｍａｔｉｏｎｆｉｌｔｅｒ；ｓｋｅｌｅｔｏｎａｎｉｍａｔｉｏｎ；ｒｉｇｇｉｎｇ；ｓｐｈｅｒｉｃａ

6、ｌｂｌｅｎｄｓｋｉｎｎｉｎｇ动画是一门运动的艺术，变形夸张是动画艺术传统的手绘动画中，动画师一般根据故事情节的灵魂，是动画区别于传统电影的本质特征．为了取绘制关键帧，然后对这些关键帧进行插值来生成连得鲜明、诙谐的艺术效果，有时需要将动画中的动作续动画，但这样工作量大且难以处理三维效果．计算进行夸张、压缩与伸展等处理，使得计算机动画具有机动画技术则可以极大地简化动画绘制的工作，生卡通运动的艺术效果．成具有各种风格的动画效果．作为计算机动画中的收稿日期：２０１０－０７－１２；修回日期：２０１０－１０－２２．基金项目：国家自然科学基金（６０９７０１５９，６０９３３００７）；国家科技支撑计划（

7、２００７ＢＡＨ１１Ｂ０３）．刘登志（１９８６—），男，硕士研究生，主要研究方向为人体动画、网格变形；卢书芳（１９８４—），女，博士研究生，主要研究方向为非真实感绘制、流体模拟；万贤美（１９７８—），女，博士研究生，讲师，主要研究方向为人脸动画、人体动画；金小刚（１９６９—），男，博士，研究员，博士生导师，论文通讯作者，主要研究方向为人体动画、群组动画、布料动画、人脸动画、视频抽象化、隐式曲面计算等（ｊｉｎ＠ｃａｄ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ）．９８６