基于点云数据和运动捕捉数据的三维人体建模及动画仿真

The technologies of motion capture and 3D scanner are two important data acquisition approaches in computer animation. In order to get the high reality 3D human animation, the two technologies will be used together in this project to implement human body modeling and animation driven. In the aspect of human body modeling, first the 3D point cloud data registration is implemented by human body feature points, then we will model the physiological feature of human body by the semantic information, and implement points cloud block reduction and modeling strategy based on the semantic model and curvature distribution model. As multi view points human body scanner has different illumination in different view points and this will leads to the reality loss of human body model. So, in order to reconstruct 3D human body model with high reality and normal texture color, we propose a texture image reconstruction method to eliminate the influence of different illumination. In the aspect of animation driven, the motion capture data is correlated with the human body model by semantic joint points of skeleton model, and local coordinates are constructed on each semantic joint points, at last, the deformation of human body model is implement by coordinates interpolation.

运动捕捉与三维扫描技术是计算机动画中的两种重要数据获取方式，针对计算 机动画中的三维人体动画，本项目将运动捕捉技术与三维扫描技术相结合以实现高真实感三 维人体建模及其动画驱动。在三维人体建模方面，首先利用人体特征标记点对三维点云数据 进行数据配准，然后对人体生理结构特征进行相应的语义建模，并将人体特征语义模型与点 云数据的曲率分布模型相结合，实行点云数据分块简化和建模的策略，以生成更为适合运动 驱动的三维人体模型，最后针对目前人体模型真实感缺失的主要原因－人体扫描仪多视点拍 照导致的纹理图像光照不一致，提出纹理图像重构方法进行光照影响消除，以重建出纹理颜 色连续自然、更具有真实感的三维人体模型；在人体模型动画驱动方面，通过定义骨架模型 语义关节点将运动捕捉数据与人体三维虚拟模型相关联，在语义关节点处建立局部坐标系， 然后进行坐标系插补实现人体三维虚拟模型的动画变形。

本项目以点云数据和运动捕捉数据的人体建模及人体动画为背景，分别对人体运动捕捉数据特征分析、人脸运动捕捉数据处理、三维点云数据配准等内容进行了深入研究。在人体运动捕捉数据特征分析方面提出基于LDA算法的运动捕捉数据关键帧提取算法、基于度量MDS和斜交空间距离的运动捕捉数据分割算法；在人脸运动捕捉数据处理方面分别提出人脸运动捕捉数据的自适应追踪算法、基于三邻近点的肌肉运动机理的数据修复算法和带有人脸分区的人脸动画驱动方法；在三维点云数据处理方面提出基于运动捕捉技术的三维点云数据配准、基于特征的三维点云数据配准方法。以上方法的提出为人体建模及动画驱动提供了理论支持和技术支撑，项目取得的一些开创性成果为未来人体动画及相关领域的发展开辟了新的途径。