一、引言

在近十几年里，计算机动画技术得到了突飞猛进的发

展，以动画卡通、网络游戏、手机游戏、多媒体产品等为代表
的动漫产业是

世纪知识经济的核心产业，被称为

世

纪最有希望的朝阳产业，这场 “后现代产业浪潮 ”不仅给全
球经济战略结构带来了根本性转变，也为进入新世纪的中
国经济创造了一次千载难逢的历史发展机遇。

但是，目前的动画技术还远没达到理想的地步。计算机

辅助二维动画具有制作相对方便、制作成本低、对制作和运
行的硬件环境要求较低等优点。但是由于传统的二维对象
缺少显式的三维信息，使得自动生成好的中间帧画面非常
困难，比如在变化过程中，特别是那些非平行于画面的变
换，引起的起各帧画面之间对象的对应问题、剪影轮廓的变
化问题、各个部分的自遮挡问题、保持形状比例和体积问题
等等，都是研究者们一直试图解决的难点问题。

计算机动画之所以有那么强大的表现能力，各式各样

逼真的模型扮演着举足轻重的地位。这些模型大多由独立
的动画软件，如

3DSMax

、

Maya

、

Softimage

等进行设计。怎样

给一个静态的模型赋予生命力，并让它动起来一直是图形
学研究者感兴趣的研究课题。三维动画制作系统中，使用关
节骨架控制三维动画角色已非常流行，动画师可以非常容
易地设置和控制三维角色关节进行动画控制。但是准确地
控制三维模型的变形和运动使其符合实际的物理规律，特

别是想要达到实时的要求，难度很大。一种解决方法为采用
自动角色动画。角色动画动包括骨骼动画和顶点动画。骨骼
动画把整个人体按生理结构分为许多部分（图

1－2

），

每个

部分都有自己的几何形体，然后再用数据结构把所有的部
分合理地组成为一个有层次的整体，例如，上臂连着前臂

前臂连着手。骨骼动画与顶点动画相比，占用空间小，因为
它不需要象顶点动画那样要存储每一帧的各个顶点的数
据，而是只需要存储每一帧的骨骼的数据。骨骼的数据量与
顶点的数据量相比，要少得多。所以骨骼动画有很多优势，
不管是在游戏、电影动画还是虚拟现实中，生动逼真的动画
（

人、动物等）会使之增色不少。当然骨骼动画处理技术难度

也很高，它需要解决的一个重要的问题是：如何得到和模型
相关联的骨架？

本文研究了把现有的人体运动数据重新定向到新的动

画角色对象上。通过这种方法

动画师能够利用现存的

BVH

人体运动数据去创造新的动画。动画角色对象常被赋予复
杂的非刚体运动方式以达到夸张的效果，我们实现了三维
角色的自动绑定，使之能做到局部的非刚体变形描述。若要
生成新的动画，只需要从动画库中选择用户所需的人体运
动，便可方便地控制新的三维动画角色的运动和变形。人体
的运动数据可以来源于运动捕捉，也可以从现存的动画和
影片视频中通过图像处理和计算机视觉的方法来获取。基
于这些素材，我们可以得到运动的素材库，作为动画师创作
新动画的来源，从而丰富动画产品的多样化和体现制作者
的创造性思维。在如今的计算机动画中，建立模型的过程已

基于运动捕获数据的三维角色动画设计

）

摘要

本文研究了怎样把现有的人体运动数据重新定向到新的动画角色对象上，并实现了一个原型系统——

—盼

盼三维角色动画系统。通过这种方法, 用户只需要从动画库中选择所需的人体运动，便可方便地控制任意三维动
画角色的运动和变形，从而重用现存的人体运动数据去控制新的角色，创作出一些夸张的动画效果。

关键词

运动重用

三维角色

计算机动画

人体动画

3D Character Animation using Motion Capture Data

Abstract

This paper introduces a prototype system called PanPan to retarget the existing BVH human motion data to

new three dimensional characters. This makes it possible to control the motion and deformation of 3D characters easily
by selecting a specific human motion from the human motion library. We can use this system to control new 3D char -
acters to create novel animation effects using existing BVH data.

Key words

motion retargeting

3D character

computer animation

human animation

170

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