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动画控制

随着增强现实、虚拟现实和动作捕捉等高级计算机视觉技术的发展,计算机三维动画的应用范围日益宽广,在建筑场景交互展示、城市虚拟规划、工业产品展示、角色动画等领域均有较大市场,特别是《阿凡达》《变形金刚》《星球黎明》等一系列融合了三维建模、动作捕捉等计算机三维动画技术的电影热映以后,以动作捕捉技术为核心,演员实时驱动三维虚拟角色进行动作,记录生成动画的角色动画制作方式变得流行。 
 
  1 动作捕捉与实时角色动画技术的特点 
  近年来,随着在动画制作、影视特效、体感交互等领域的广泛应用,动作捕捉及实时角色动画技术取得了长足发展。目前普遍应用的运动捕捉方式为电磁式和光学式两大类,无论使用哪种,一般都要求演员穿着专业的运动捕捉服记录动作。 
  运动捕捉基于计算机图形学原理,通过传感器――光学摄像头或电磁传感器将运动物体(如人)的运动状态记录下来,最终得到基于时间维度的各个观测点的三维空间坐标,其运动数据质量的高低取决于捕捉观测点的准确程度,因此在对运动状态记录精度要求较高的应用(如大型电影、面部表情动画、运动分析、精细肢端动作交互等)中均需使用专业运动捕捉服装并在服装上准确设置观测点标志,如光学式捕捉系统用的反光球或电磁式传感器与电缆。 
  上述动作捕捉得到的运动状态数据精度较高,实时性好,《变形金刚》《星球黎明》等电影的拍摄普遍采用此种方式。但对于教学实验而言,角色动画实验学时有限,每次实验都穿着服装并进行标定并不现实;同时,动作捕捉服装及其附件价格较高,受设备数量和维护需要等限制也难以在本科生课程实验中应用。 
  2 基于Kinect镜头的实时角色动画实验环境搭建 
  微软发布的Kinect价格较低,能实时采集RGB彩色图像和深度数据并可同时提供两人的骨骼数据追踪,镜头采用USB口与计算机相连,即插即用,硬件设置简单易行。 
  Kinect镜头可用于体感捕捉的原因是:设备本身提供了可以采集对象在立体空间中的深度信息的镜头组。 
  上图中层①为硬件基础层,核心部件是Kinect的传感器,包括镜头角度驱动马达、摄像头和麦克风阵列。实验中主要用到的是镜头组。Kinect的镜头共有2个,一个用于RGB彩色图像采集,一个用于深度信息采集。还有一个红外发射器,具体的原理可以参阅微软公司的Kinect产品网页。 
  层②为镜头设备的驱动层,设备通用性较高,开发系统具有良好的平台移植能力。Kinect镜头的驱动安装非常简单,需要调用的部分主要是设备访问、视频流控制和镜头组堆栈。 
  层③是自然人机接口NUI的API部分,也包括有音频识别等功能的API。 
  要实现骨骼数据的实时传输,需要借助微软发布的Kinect SDK,这个二次开发包中提供了软件类库和开发工具,通过它可以捕获体感交互中需要的自然数据,如人体的骨骼信息(动作信息)、深度信息(距离信息)、图像信息等。 
  


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