Моделирование сложного движения персонажа по высокоуровневому описанию

• Автор: Семакин, Михаил Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ АНИМАЦИИ ПЕРСОНАЖА

1.1. Технологии создания отдельных движений.

1.1.1. Ключевая анимация.

1.1.2. Задача инверсной кинематики.

1.1.3. Процедурная анимация

1.1.4. Физическое моделирование

1.1.5. Захват движения.

1.2. Трансформация графиков движения

1.3. Перенос движения на нового персонажа.

1.4. Комбинирование отдельных движений
1.5. Выводы по первой главе и постановка задачи исследования
2. СИНТЕЗ СЛОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ ПЕРСОНАЖА.
2.1. Комбинирование движений
2.1.1. Последовательное выполнение движений
2.1.2. Наложение движений
2.2. Заимствование движений.
2.2.1. Общий масштаб поступательного движения
2.2.2. Компенсация движения
2.2.3. Требования и пространственновременные ограничения движения.
2.2.4. Определение коллизий в пространстве.
2.3. Матрица смежности движений.
2.4. Представление и параметризация движений
2.5. Выводы по второй главе.
3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И АЛГОРИТМОВ
СИНТЕЗА ДВИЖЕНИЙ
3.1. Модель персонажа.
3.1.1. Геометрическая модель
3.1.2. Скелет персонажа.
3.1.3. Сцена, камера, источник света
3.1.4. Выборка звеньев. Мета группы звеньев.
3.1.5. Определение положений звеньев
3.2. Алгоритм инверсной кинематики.
3.3. Модель представления движения.
3.3.1. Модель отдельного движения.
3.3.2. Импортированные движения.
3.3.3. Комбинации движений
3.3.4. Заимствованные и преобразованные движения
3.3.5. Модели высокоуровневого описания движений
3.4. Алгоритм заимствования движения
3.4.1. Основной цикл преобразования исходного движения
3.4.2. Параметры заимствованияпреобразования движения
3.4.3. Алгоритм определения последовательности преобразований.
3.5. Автоматическое заполнение матрицы смежности.
3.6. Модель знаний о движениях персонажа.
3.7. Выводы по третьей главе
4. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА СИНТЕЗА ДВИЖЕНИЙ В СИСТЕМЕ .
4.1. Реализация принципа открытой архитектуры.
4.1.1. Компонентная модель.
4.1.2. Требования к программному компоненту
4.2. Описание основных компонентов системы
4.3. Краткое описание пользовательского интерфейса
4.4. Представление движений в базе знаний.
4.5. Эксперимент с генерацией переходного движения
4.6. Эксперимент с преобразованием движения.
4.7. Эксперимент с заимствованием движения
4.8. Эксперимент с синтезом сложного движения по сценарию
4.9. Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Предметом исследования является метод синтеза сложного движения персонажа по высокоуровневому описанию, математическое описание алгоритмов и методов комбинирования, преобразования и заимствования движений для повышения эффективности использования высокоуровневого описания и базы ранее созданных движений, разработка моделей знаний для представления персонажей, движений и связей между ними. Цель работы - исследование и разработка формализованных методов и алгоритмов описания и моделирования движения на основе ранее созданных моделей движений для решения задачи минимизации количества параметров и времени создания сложных движений и персонажей их совершающих, внедрение которых позволит существенно повысить эффективность использования ранее созданных движений при создании трехмерной компьютерной анимации персонажа. Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием теории множеств, теории графов, векторной и матричной алгебры, математической логики, математического моделирования, теории сплайнов, теории кватернионов. Экспериментальные исследования выполнены с помощью разработанной программной системы и известных программных пакетов компьютерной анимации: 3D Studio MAX, Character Studio. Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждается корректностью разработанных математических моделей, их адекватностью по известным критериям оценки в рассматриваемой предметной области, использованием известных положений фундаментальных наук, положительными результатами проведенных экспериментальных исследований и опытом практической эксплуатации разработанной про-граммной системы. Практическая полезность. Полученные в работе методы и алгоритмы синтеза сложного движения по высокоуровневому описанию позволяют существенно упростить труд аниматора при создании движений трехмерных компьютерных персонажей при создании видеороликов с трехмерной компьютерной анимацией, а также могут значительно сократить схему переходов между движениями персонажей при разработке компьютерных игр, где требуется качественная трехмерная анимация с большим набором движений персонажей. Моуп. Система создания анимации Моуп может быть внедрена в учебный процесс ВУЗов, средних и средне-специальных образовательных учреждений для ознакомления с приемами создания персонажной анимации, подготовки презентаций и учебно-методических материалов. Предлагаемое решение задачи синтеза сложных движений в большей степени подходит для реализации в упрощенных, полупрофессиональных системах создания компьютерной анимации персонажа, которые могут использоваться для быстрого создания анимационного ролика в небольших студиях и на дому, а также для отработки окончательного варианта сценария ролика, создаваемого сложными и дорогими профессиональными средствами компьютерной анимации. Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедре «Основы машиноведения и робототехники» Ижевского государственного технического университета. Разработанная программная система МщБуп внедрена в дизайнерских фирмах ООО «Е. Такота» (г. Нижний Новгород) и ООО «Народное творчество» (г. Чайковский, Пермская область) для создания движений персонажей при производстве рекламных видеороликов с использованием трехмерной компьютерной анимации. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 4-х международных конференциях: на 8-ой международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН-; на -ой международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН-; на международной научно-технической конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (- мая г. ШЕЕ АК’ОЗ (3- сентября г. Публикации. Результаты работы отражены в 7 научных публикациях, в том числе: 5 статей в журналах и сборниках, 2 доклада на научно-технических конференциях. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Основной текст изложен на 6 машинописных страницах с таблицами и иллюстрациями. Список литературы включает наименований.