一种虚拟人动画的运动风格重定向方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种虚拟人动画的运动风格重定向方法及系统，包括：将多个具有不同个体特征、不同风格信息、相同运动内容的运动数据表示为与个体特征无关的仅具有不同风格信息和相同运动内容的多个低维坐标；建立该多个低维坐标中的不同风格信息之间的相对时空变换模型；利用建立的相对时空变换模型对具有其他运动内容的运动数据进行运动风格重定向。由此，提供一种直观、高效的虚拟人动画合成方法，通过在不同运动数据之间重用风格信息来合成出满足用户要求的风格化的虚拟人动画运动数据。
【专利说明】—种虚拟人动画的运动风格重定向方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机图形学领域，特别是涉及一种用于虚拟人动画合成的运动风格重定向方法及系统。
【背景技术】
[0002]虚拟人动画技术一直是国际图形学界的研究热点，被广泛地应用于诸多领域中，如影视制作、游戏娱乐、训练仿真、安全预演等。然而，随着各个领域对虚拟人动画的质量要求的不断提升，人们希望在“显示”虚拟人的基础上，能够为虚拟人赋予“灵魂”。但是由于制作成本等种种条件的限制，以往的虚拟人动画往往是反复使用一套固定的动作模板，这就导致不同角色之间除了形象不同之外，行为完全一模一样。这种“千篇一律”的虚拟人动画已经逐渐被人们所排斥，因为人们希望能够在虚拟的计算机世界中也能看到如现实世界般“千姿百态”的虚拟人动画。于是，虚拟人风格化运动合成技术应运而生。合成“千姿百态”的虚拟人动画，需要解决的关键问题如下:
[0003]( I)如何定义运动的“风格”。人们通常使用描述性的词语进行直观定义(如“失落的”)，可是如何让计算机同样能够理解并进行风格化运动合成还是一个尚未解决的问题。
[0004](2)如何在不同的运动数据间重用风格信息。例如，将一个“失落的走路”的风格信息重定向给一个“正常的运球”数据，我们可以得到一个“失落的运球”数据。考虑到人体运动的种类繁多，技术手段要能够为不同个体的不同行为合成出指定风格的运动数据。此夕卜，在视觉效果上，合成出的运动数据不仅要体现出指定风格的行为特征，还应当保持原始数据的运动内容(即不能将“运球”变成其他动作)。
[0005]在现有的虚拟人风格化运动合成技术中，采用时空特征变换方法、隐式映射方法和多线性分析方法来合成风格的虚拟人运动。时空特征变换方法能够以极快的速度生成风格化的人体运动，但是这些变换通常都与运动内容相关，无法在异质运动间重用风格信息。隐式映射方法能够在一些行为较相似的运动内容间重用风格信息，但是这类方法不适用于比较复杂的运动行为。多线性分析方法同样也不适用于比较复杂的人体运动，因为它要求运动捕获数据库是由大量结构相似但语义上能够互相区分开的运动数据构成。因此，在计算机图形学领域中，需求一种通过在不同虚拟人不同行为之间进行运动风格重定向，来合成具有各种不同风格化的运动虚拟人动画的方法。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种直观、高效的虚拟人动画合成方法及系统，通过在不同运动数据之间重用风格信息来合成出满足用户要求的风格化的虚拟人动画运动数据。
[0007]为实现上述目的，本发明所提出的虚拟人动画的运动风格重定向方法，包括下列步骤:
[0008]步骤1，将多个具有不同个体特征、不同风格信息、相同运动内容的运动数据表示为与个体特征无关的仅具有不同风格信息和相同运动内容的多个低维坐标；
[0009]步骤2，建立该多个低维坐标中的不同风格信息之间的相对时空变换模型；
[0010]步骤3，利用建立的相对时空变换模型对具有其他运动内容的运动数据进行运动风格重定向。
[0011]本发明所提出的虚拟人动画的运动风格重定向方法，所述步骤I中的低维坐标表示方法为:
[0012]将人体骨架划分为躯干、左腿、右腿、左手、右手、头部6个关节组，每个关节组的运动均用一个3维旋转向量和一个I维的标准化长度来进行参数化。
[0013]本发明所提出的虚拟人动画的运动风格重定向方法，所述步骤2中的相对时空变换模型的建模包括，空间域的风格化运动数据建模，该建模方式为:
[0014]mkJ (t) =akCj (t) +bkJ+ekJ (t)
[0015]其中，通过作用不同的缩放因子ak和平移因子bkj以及残差ekj(t)给同样的运动内容h(t)来得到不同的风格化运动数据Hlw (t)。
[0016]本发明所提出的虚拟人动画的运动风格重定向方法，所述步骤2中的相对时空变换模型的建模还包括，时间域的风格化时间Tk建模，该建模方式为:
[0017]
【权利要求】
1.一种虚拟人动画的运动风格重定向方法，其特征在于，包括下列步骤: 步骤1，将多个具有不同个体特征、不同风格信息、相同运动内容的运动数据表示为与个体特征无关的仅具有不同风格信息和相同运动内容的多个低维坐标； 步骤2，建立该多个低维坐标中的不同风格信息之间的相对时空变换模型； 步骤3，利用建立的相对时空变换模型对具有其他运动内容的运动数据进行运动风格重定向。
2.如权利要求1所述的虚拟人动画的运动风格重定向方法，其特征在于，所述步骤I中的低维坐标表示方法为: 将人体骨架划分为躯干、左腿、右腿、左手、右手、头部6个关节组，每个关节组的运动均用一个3维旋转向量和一个I维的标准化长度来进行参数化。
3.如权利要求1所述的虚拟人动画的运动风格重定向方法，其特征在于，所述步骤2中的相对时空变换模型的建模包括，空间域的风格化运动数据1? (t)建模，该建模方式为:
mkJ (t) =BkCj (t) +bkJ+ekJ (t) 其中，通过作用不同的缩放因子ak和平移因子bkj以及残差ekj(t)给同样的运动内容Cj (t)来得到不同的风格化运动数据(t)。
4.如权利要求1所述的虚拟人动画的运动风格重定向方法，其特征在于，所述步骤2中的相对时空变换模型的建模还包括，时间域的风格化时间Tk建模，该建模方式为:
5.如权利要求1所述的虚拟人动画的运动风格重定向方法，其特征在于，所述步骤3中的具有其他运动内容的运动数据，需要先转换为与个体特征无关的低维坐标。
6.如权利要求1所述的虚拟人动画的运动风格重定向方法，其特征在于，所述步骤3中，利用相对时空变换模型进行运动风格重定向时，需要在具有相同运动内容不同运动风格的低维坐标之间进行。
7.如权利要求1所述的虚拟人动画的运动风格重定向方法，其特征在于，所述步骤3中的运动风格重定向，采用如下方式将风格为X的其他运动数据的低维坐标Mx从风格X变换为风格I:
8.如权利要求1或权利要求7所述的虚拟人动画的运动风格重定向方法，其特征在于，所述步骤3中的运动风格重定向的变换函数F(Mx)具有以下性质:
9.一种虚拟人动画的运动风格重定向系统，其特征在于，包括: 低维坐标表示模块，用于将多个具有不同个体特征、不同风格信息、相同运动内容的运动数据表示为与个体特征无关的仅具有不同风格信息和相同运动内容的多个低维坐标；模型建立模块，用于建立该多个低维坐标中的不同风格信息之间的相对时空变换模型； 重定向模块，用于利用建立的相对时空变换模型对具有其他运动内容的运动数据进行运动风格重定向。
10.如权利要求9所述虚拟人动画的运动风格重定向系统，其特征在于，该重定向模块包括变换模块，用于将风格为X的其他运动数据的低维坐标Mx从风格X变换为风格y:
【文档编号】G06T13/40GK103679752SQ201310641591
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】夏时洪, 马万里, 王兆其, 王从艺 申请人:中国科学院计算技术研究所