新-第8章-計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)(參考版)
2025-06-29 23:03本頁面
【正文】 運(yùn)動捕捉技術(shù) 計(jì) 算機(jī) 圖 形 學(xué) 課后習(xí)題 10 習(xí)題 謝謝大家！ 。 這種復(fù)用動作數(shù)據(jù)的動畫制作手段極大地提高了動畫創(chuàng)作效率。目前，常見的運(yùn)動捕捉數(shù)據(jù)格式有： BVA、 BVH、 HTR、 TRC、 AOA以及 ASF/AMC等。 典型的運(yùn)動捕捉設(shè)備由： 傳感器 信號捕捉設(shè)備 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備 數(shù)據(jù)處理設(shè)備 等組成 。如下圖所示。 在包圍體相交檢測的速度方面 AABB和包圍球具有明顯優(yōu)勢， OBB和 kdop則需要更多的時間。 OBB和 kdop能相對更緊密地包圍物體，但建構(gòu)它們的代價太大，對有變形物體的場景往往無法實(shí)時更新層次樹。 計(jì) 算機(jī) 圖 形 學(xué) 基于層次包圍體的算法性能受兩個方面影響： 包圍體包圍物體的緊密程度； 包圍體之間的相交檢測速度。 AABB實(shí)際上是一個特殊的 6DOP，當(dāng) k值增大時，包圍體越來越接近凸包，從而更接近物體。 缺點(diǎn)是計(jì)算方法比較復(fù)雜，不能有效地處理軟體變形等情況，而且相交測試也相對復(fù)雜，并且無法用來判斷兩三角面片之間的距離，只能得到二者的相交結(jié)果，一般只適用于處理兩個物體之間的碰撞檢測。 OBB的構(gòu)造稍微復(fù)雜一些，關(guān)鍵在于包圍盒最佳方向的確定，最佳方向必須保證在該方向上包圍體的體積最小。他的算法與 Gottschalk等提出的采用 OBB樹的碰撞檢測算法相比，計(jì)算性能上已經(jīng)相差不大，故在精度要求不是很高的動畫創(chuàng)作系統(tǒng)中常會被采用。 為此， Bergen提出了一種有效的改進(jìn)算法。所以檢測兩個 AABB包圍體是否相交最多只需要 6次比較運(yùn)算。 檢測兩個 AABB包圍體是否相交非常簡單，只要利用投影法：當(dāng)且僅當(dāng)三個坐標(biāo)軸上的投影均重疊，兩個 AABB包圍體才相交。 計(jì) 算機(jī) 圖 形 學(xué) 2． AABB包圍體 AABB（ Aligned Axis Bounding Box）其實(shí)是沿坐標(biāo)軸的包圍體，它是包含幾何對象且各邊平行于坐標(biāo)軸的最小六面體。包圍球適合于長寬高相差不多的物體，且物體頻繁發(fā)生旋轉(zhuǎn)的情況，因?yàn)闊o論物體如何旋轉(zhuǎn)包圍球都不需要再次更新。對于兩個包圍球 (c1,r1)和(c2,r2)，如果球心距離小于半徑之和 |c1c2|≤r1+r2 則兩包圍球相交。包圍球的球心可以用物體頂點(diǎn)坐標(biāo)的最大值和最小值的一半來確定。 包圍體技術(shù)特點(diǎn)： 計(jì) 算機(jī) 圖 形 學(xué) 基于層次包圍體的碰撞檢測算法根據(jù)包圍體類型的不同可以區(qū)分為： 包圍球體 AABB軸對齊包圍體（ Aligned Axis Bounding Box） OBB有向包圍體（ Oriented Bounding Box） kdop包圍體（ Discrete Orientation Polytope） QuOSPO包圍體 (Quantized Orientation Slabs with Primary Orientations) 凸塊層次包圍體 混合層次包圍體等等。 基于此，包圍體的碰撞檢測算法在很多動畫系統(tǒng)中被廣泛采用。 基本思想：用一個簡單的幾何形體（即包圍體）將動畫場景中復(fù)雜的幾何物體圍住，通過構(gòu)造樹狀層次結(jié)構(gòu)可以越來越逼近真實(shí)的物體。不同的是，空間剖分法采用對整個場景的層次剖分技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，而層次包圍體樹法則是對場景中每個物體建構(gòu)合理的層次包圍體樹來實(shí)現(xiàn)。 （ 2）基于空間域，可以分為基于物體空間的碰撞檢測算法和基于圖象空間的碰撞檢測算法。 當(dāng)前，三維幾何模型越來越復(fù)雜，動畫效果越來越逼真，同時人們對交互的實(shí)時性、場景的真實(shí)性的期望越來越高，這些都對碰撞檢測技術(shù)提出了相應(yīng)的要求。 需要特別指出的是：在對四元數(shù)如 q q2進(jìn)行球面線性插值時，應(yīng)首先判斷一下它們二者之間的夾角，當(dāng)夾角 90度時，則計(jì)算 q1和 q2之間的球面線性插值，當(dāng)夾角 =90度時，則計(jì)算 q1和 q2之間的球面線性插值 （ 這相當(dāng)于在兩個方向間找尋最小的方向旋轉(zhuǎn) ）， 而判斷兩個方向間的夾角可以通過計(jì)算點(diǎn)積來實(shí)現(xiàn)。假設(shè)動畫設(shè)計(jì)師制作了一系列旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵幀序列，那么每一幀可由單個旋轉(zhuǎn)矩陣表示，這些矩陣序列先被轉(zhuǎn)換為一系列四元數(shù)形式，再在關(guān)鍵幀四元數(shù)之間進(jìn)行插值，產(chǎn)生
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