孝感flash動畫創(chuàng)作制作反向運(yùn)動學(xué)（人體動畫）
基于運(yùn)動捕獲技術(shù)獲取角色的表情和動作是表情和動作的主要來源之一。5.2.2 基于運(yùn)動捕獲的 動畫技術(shù) 基于運(yùn)動捕獲的動畫技術(shù)現(xiàn)已成為計算機(jī)動畫領(lǐng)域最具活力的方法。該動畫技術(shù)主要包括運(yùn)動重 定向技術(shù)、運(yùn)動軌跡編輯技術(shù)、運(yùn)動融合技術(shù)和運(yùn)動合成技術(shù)等。 1)運(yùn)動重定向技術(shù) 運(yùn)動重定向是指編輯和調(diào)節(jié)從原始角色捕獲到的運(yùn)動數(shù)據(jù)，并將其正確地映射到與原始角色不同 的新角色中。如果直接將原始的捕獲數(shù)據(jù)映射到新角色，則很容易違背原有運(yùn)動，1…，固有的運(yùn)動性 質(zhì)（約束），從而導(dǎo)致運(yùn)動失真，出現(xiàn)諸如足部穿地、懸空和滑步等錯誤。
運(yùn)動葷定向的實(shí)現(xiàn)方法可 以分為基于反向運(yùn)動學(xué)(inverse kinematics，IK)的方法、基于時空約束的方法和基于物理的方法等 。 反向運(yùn)動學(xué)問題是flash驅(qū)動的人體動畫技術(shù)中的基本問題，幾乎所有的flash人體動畫創(chuàng)作都要 使用到反向運(yùn)動學(xué)技術(shù)，反向運(yùn)動學(xué)技術(shù)因此成為一個重要的研究方向?，F(xiàn)有反向運(yùn)動學(xué)(IK)求解算 法中解析求解法是最穩(wěn)定、最快速的算法。但是現(xiàn)有的IK解析求解算法只能求解6個自由度的IK鏈。對 于人體這種特殊結(jié)構(gòu)，可以求解7個自由度的手臂鏈。當(dāng)人體運(yùn)動鏈的自由度大于7時，就需要使用數(shù) 值迭代法進(jìn)行求解，這必然導(dǎo)致求解速度的下降。特別是當(dāng)反向運(yùn)動學(xué)求解的規(guī)模較大時，容易造成 求解過程的不穩(wěn)定，而且求解過程結(jié)果難以瓊復(fù)。吳小毛等‘，‘‘針對運(yùn)動編輯中存在的技術(shù)難題 ，考慮到人體結(jié)構(gòu)的特殊性，通過測量法建立了肘關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角和手的朝向角之間的關(guān)系。
從一個新的角 度得到了7自由度手臂鏈的解析解；在此基礎(chǔ)上，提出反向運(yùn)動學(xué)求解過程中衣領(lǐng)關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)調(diào)整方 案，并推導(dǎo)出12個自由度的人體運(yùn)動鏈的解析求解算法。該算法將現(xiàn)有的7個自由度的人體運(yùn)動鏈解析 求解推廣列12個自由度，它能夠在人體動畫中得到很好的應(yīng)用。楊熙年等怖，在假定原始角色和目標(biāo) 角色之間骨骼結(jié)構(gòu)相同，骨骼長度比例相差不大的情形下，提出一種基于骨干長度比例的運(yùn)動承定向 方法。該方法首先求出兩個角色之間的骨骼縮放比例，根據(jù)這個比例得到目標(biāo)角色的裉'(節(jié)在第一幀 的位置及其他幀的位移量，然后推算I．i．1末端效應(yīng)器的約束位置，最再選擇(、l、l、( cyclic coordinate descent)作為IK求解器，根據(jù)位置約束求iH重定向后的運(yùn)動數(shù)據(jù)。 反向率控制也是一種用于運(yùn)動重定向的IK方法，通過它Ij）．以得到符合末端效成器約束的所有 解的集合。Balestrino，Tsai以及Sciciviccc)等人1．<11、“通過對基本地數(shù)解添加約束誤舉的反饋 ，設(shè)計出閉環(huán)的反向率控制方法；Zhao和I3alclci-i1 1通過對零卒問乘積中的自由向k泄置特定的取 值，可以使新運(yùn)動同時滿足其他的約束；(、hc)i等人…1綜合j’以1：兩種方法，許加以 角色動畫*59改進(jìn)，提出了基于反向率控制的在線運(yùn)動重定向方法。
基于IK的方法實(shí)質(zhì)上是基于每一 幀的方法，即每次只處理一幀的約束，因而處理速度很快，符合交互式運(yùn)動編輯的要求。該方法另一 個優(yōu)點(diǎn)是，所求出的解能夠很好地滿足設(shè)定的幀內(nèi)位置約束。但是基于IK的方法，只考慮幀內(nèi)的幾何 約束，而沒有考慮相鄰幀間的連續(xù)性約束，所以常使得求解得到的目標(biāo)運(yùn)動出現(xiàn)跳動情形。此外，當(dāng) 給定的位置約束不恰當(dāng)時，會出現(xiàn)無解的情形。Gleicherc：，，于）998年提出了基于時空約束的重 定向方法?；跁r空約束的重定向方法，通過將原始運(yùn)動的特征表示為必須遵守的時空約束，包括幀 內(nèi)的空間約束和相鄰幀間的時間約束，并將目標(biāo)函數(shù)定義為最小化編輯前后的運(yùn)動差別，從而將重定 向問題轉(zhuǎn)化為約束優(yōu)化的求解。利用該法可以求得一個基于全局目標(biāo)的最優(yōu)解，所得到的目標(biāo)運(yùn)動同 時滿足了空間約束和時間約束?；跁r空約束方法的缺點(diǎn)是：①求解基于全局優(yōu)化，運(yùn)算量大，收斂 速度慢，對于幀數(shù)較多的運(yùn)動編輯處理不能達(dá)到實(shí)時交互速度；②只考慮了幾何約束，可能會使運(yùn)動 違背物理規(guī)律而導(dǎo)致失真。
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