基于kinect深度相机的实时三维人体动画

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1、ＣＮ４３－１２５８／ＴＰ计算机工程与科学第３６卷第８期２０１４年８月ＩＳＳＮ１００７－１３０ＸＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＳｃｉｅｎｃｅＶｏｌ．３６，Ｎｏ．８，Ａｕｇ．２０１４文章编号：１００７－１３０Ｘ（２０１４）０８－１５４４－０５＊基于Ｋｉｎｅｃｔ深度相机的实时三维人体动画陈姝１，梁文章２，伍靓１（１．湘潭大学信息工程学院，湖南湘潭４１１１０５；２．广西卡斯特动漫有限公司，广西南宁５３０００３）摘要：研究了一种基于Ｈ－Ａｎｉｍ标准的实时人体三维动画方法，首先对Ｈ－Ａｎｉｍ中人体肢体层次结构进行研究和分析，给出了进行人体动画的坐标变换方法；其次，基于ＯｐｅｎＮＩ对Ｋ

2、ｉｎｅｃｔ获取的数据进行重新处理，采用逆运动学计算非根关节旋转矩阵；最后给出了系统流程及具体实验方法，采用ＯｐｅｎＧＬ由实时获取的关节旋转矩阵驱动虚拟人实现了人体动画。实验结果表明，该算法可以较精确地提取人体三维姿态，实时重构人体运动。关键词：人体动画；Ｋｉｎｅｃｔ；逆运动学；Ｈ－Ａｎｉｍ中图分类号：ＴＰ３９１．４１文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－１３０Ｘ．２０１４．０８．０２１Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ３ＤｈｕｍａｎｍｏｔｉｏｎａｎｉｍａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＫｉｎｅｃｔ１，ＬＩＡＮＧＷｅｎ－ｚｈａｎｇ２，ＷＵＬｉａｎｇ１ＣＨＥＮＳｈｕ（１．Ｃｏｌｌｅｇｅｏ

3、ｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｎｇｔａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１１０５；２．ＧｕａｎｇｘｉＣａｓｔＡｎｉｍａｔｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｎｉｎｇ５３０００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｐｐｒｏａｃｈｔｏａｎｉｍａｔｉｎｇ３ＤｈｕｍａｎｍｏｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＨ－Ａｎｉｍｓｔａｎｄａｒｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔ－ｌｙ，ｔｈｅｈｕｍａｎｂｏｄｙｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＨ－Ａｎｉｍｉｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄａｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｇｉｖｅｎｂ

4、ａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｂａｓｅｄｏｎＯｐｅｎＮＩ，ｔｈｅｄａｔａｒｅｃｅｉｖｅｄｆｒｏｍｔｈｅＫｉｎｅｃｔｉｓｒｅ－ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎａｌｍａｔｒｉｘｏｆｎｏｎ－ｒｏｏｔｊｏｉｎｔｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｅｎｔｉｒｅｄａｔａｆｌｏｗａｎｄｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄｔｈｅｈｕｍａｎｂｏｄｙａｎｉｍａｔｉｏｎｉｓａ－ｃｈｉｅｖｅｄｂｙｕｓｉｎｇＯｐｅｎＧＬｔｏｒｅｔａｒｇｅｔｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｈｕｍａｎｐｏ

5、ｓｅｔｏｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｈｕｍａｎｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉ－ｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｐｐｒｏａｃｈｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｅｘｔｒａｃｔｔｈｅｈｕｍａｎｐｏｓｅ，ａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓｒｅａｌ－ｔｉｍｅｈｕｍａｎｂｏｄｙｍｏｖｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｕｍａｎｍｏｔｉｏｎａｎｉｍａｔｉｏｎ；Ｋｉｎｅｃｔ；ｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ；Ｈ－Ａｎｉｍ实际意义。１引言人体动画根据角色控制方式不同可以分为两［２，３］种：基于传统计算机动画技术的方法和基于动三维动画是计算机图形学中的一个研究领域，作捕获系统进行数据驱动

6、的方法。传统计算机动它涉及到心理学、运动学等学科。计算机三维动画画技术方法通过对人体运动进行数学建模来产生本质上是一系列连续的图像按一定的速率显示后，各种人体动作的动画效果，从本质上而言是一种基［１］给人以动画的感觉。人体由于结构和运动过程于模型的动画制作方法，包括关键帧动画方法、运都较为复杂，因此也成为了三维动画制作当中的一动学方法、动力学方法、刺激响应法以及行为规则［４］个难点。但是因为人体的姿态能够表达较为丰富方法等。运动捕捉技术是一种新的动画制作方的含义，所以对于人体动画的研究制作具有较强的法，是通过分析人体运动序列图像来提取人体关节＊收稿日期：２０１２－１１－２６；修回日

7、期：２０１３－０３－１２基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１１００１３９，６１０４０００９）；科技部科技型中小企业技术创新基金资助项目（国科发计［２０１１］２４２号）；广西千亿元产业重点攻关工程资助项目（桂科攻１１１０７００６－１３号）通信地址：４１１１０５湖南省湘潭市湘潭大学工科楼北栋３０２Ａｄｄｒｅｓｓ：Ｒｏｏｍ３０２，ＮｏｒｔｈＷｉｎｇ，ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢｕｉｌｄｉｎｇ，ＸｉａｎｇｔａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１１０５，Ｈｕｎａｎ，Ｐ