基于語義樹的三維角色模型創(chuàng)作方法研究.pdf

1、作為構(gòu)建虛擬世界的基石，三維模型是VR時代下數(shù)字化設(shè)計的重要對象。計算機(jī)輔助建模研究的核心任務(wù)就是讓設(shè)計師的工作更加高效，設(shè)計結(jié)果更加出色。為了追逐這個目標(biāo)，三維建模研究依次經(jīng)過了參數(shù)化、特征化和結(jié)構(gòu)化等階段，從具體到抽象、從局部到全局、從幾何到語義，逐漸形成了比較完整的模型創(chuàng)建和編輯方法。但是，對于模型設(shè)計創(chuàng)意上的輔助和引導(dǎo)，是近幾年才受到關(guān)注的一個新問題，基于樣例的學(xué)習(xí)方法是這類問題的主要求解方法;其中包含了一些基于三維模型部件組合

2、的設(shè)計創(chuàng)新工作，其核心的批量學(xué)習(xí)和等位置換思想適合于結(jié)構(gòu)類似且部件功能固定的人造物品，而對于游戲影視中的細(xì)節(jié)多變且創(chuàng)意無限的三維動畫角色，仍然存在數(shù)據(jù)收集困難和缺乏結(jié)構(gòu)創(chuàng)新等問題。在設(shè)計理念越來越個性化的發(fā)展趨勢下，類似于三維角色這種結(jié)構(gòu)多樣的特性在人造物品設(shè)計中也會日益明顯，因此需要探索一種針對結(jié)構(gòu)多變且允許結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的三維模型表達(dá)以及相應(yīng)的組合設(shè)計求解方法。
　　本文以影視游戲中的三維角色為設(shè)計對象，研究其在模型創(chuàng)新設(shè)計中批量分

3、割標(biāo)記與組合建模的指導(dǎo)規(guī)則與有效方法，提出了一套基于語義樹進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)表達(dá)的方法并建立了角色組合創(chuàng)新的示范流程。具體包含了以下四個方面的工作:
　　(1)提出了一種可以有效表達(dá)三維角色模型結(jié)構(gòu)的語義樹描述
　　在對游戲怪物角色與自然界脊椎類生物進(jìn)行類比分析后，設(shè)計了角色語義樹的符號描述和基本視圖表達(dá)，并賦予分支、骨骼和設(shè)計三種觀察視圖，用以支持不同策略的分割操作以及設(shè)計組合思路。針對公開數(shù)據(jù)庫中三維角色數(shù)據(jù)較少且單調(diào)的問題，

4、建立了一個多來源的小型角色數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行了這些角色視圖建立的實驗與分析工作。
　　(2)提出了一種同構(gòu)三維角色模型批量分割與標(biāo)記方法
　　在分支視圖指導(dǎo)下，利用角色模型的管狀分支特性，構(gòu)建不同分支分割順序以及分割特征的約束規(guī)則。首先通過測地距離依次確定分支終點，然后對顯著曲率變化區(qū)域搜索找到分支分割點，最后將過分割點的最短封閉環(huán)作為分割切口以滿足部件連接的需要。該方法可通過修改約束快速適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)角色的分割任務(wù)，從而解決三維角

5、色分支結(jié)構(gòu)多變且難以收集訓(xùn)練數(shù)據(jù)的問題。
　　(3)提出一種基于蒙皮的復(fù)雜角色模型分割與標(biāo)記方法
　　蒙皮是動畫角色特有的描述頂點與骨骼相關(guān)性的信息，反映了同一部件中的頂點類似的運動趨向。因此在已有骨骼視圖的語義標(biāo)注下，可利用蒙皮進(jìn)行初始分割，再對切口進(jìn)行拓?fù)湫拚蛢?yōu)化?？蓪Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、視覺干擾大、非完整水密模型等無法使用現(xiàn)有分割方法的動畫角色進(jìn)行有意義的分割。
　　(4)提出一種基于非等位置換的角色協(xié)同進(jìn)化方法