计算机虚拟人运动及面部表情的研究与应用

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虚拟人技术是虚拟现实技术的重要组成部分,被广泛应用于科研、教育、军事、娱乐等各个领域。该系统将传统的习拳模式与当今先进的计算机虚拟现实技术相结合,形成了一种新型体育教学模式。虚拟现实技术的应用让这一系统拥有了非同寻常的意义:在实用性上,这一方式比起视频教学模式,有更好的互动性与参与感,让用户有一种身临其境的感觉;在文化的角度上,这一方式将传统武术的动作用数字化的手段完整的记录下来,避免了传统文化流失,并且可以以数字化手段复制传播。在技术层面上,教学系统对动作的准确性、合理性与规范性有很高要求。 本文分析研究了虚拟人运动和表情控制的相关技术实现方法,并根据实际项目的需要,在现有技术的基础上对肌肉和表情控制系统进行了改进和创新。在虚拟人运动方面,为了能够在降低硬件资源消耗的前提下,尽可能提高运动仿真程度,对模型自身的网格结构以及运动控制结构进行了优化。模型网格结构优化包含模型网格简化、关节处网格优化、虚拟角色初始姿势优化三个方面,有效地减小了运动过程中产生的模型走样。在运动控制结构方面,提出了一套肌肉控制系统的设计方案。该系统根据相应的算法依附于虚拟人的骨骼上,伴随着骨骼的弯折进行屈伸,并在相应的位置自动产生隆起。更加真实地表现了虚拟人在运动过程中产生的形体变化。在表情控制方面,论文从真实人脸的肌肉组成和表情原理入手,分析真实表情的变化特征。由此得出表情系统的构建思路:利用骨骼系统与肌肉系统相配合构建表情控制系统。在构建表情控制系统的过程中,论文着重对表情运动控制的简化进行了研究和论述,并且在表情系统的复用性上进行了一系列改进。为了简化表情控制流程,编写了表情控制插件,对表情控制进行了约束,并在一定程度上进一步简化了控制。文章阐述了虚拟人技术在“24式太极拳教学仿真系统”这一实际项目中的应用。按照项目制作的顺序,分别从制作人物模型、绘制人物贴图、构建人体骨骼、添加标记物体、设置表情控制物体、骨骼蒙皮、采集动作、修改并连接动作、导出数据九个方面介绍了虚拟人的制作流程。其中,除了肌肉系统和表情控制系统外,着重介绍了标记物体和动作捕捉系统。
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