基于网格形变的人群运动编辑方法研究

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在影视制作的过程中,制作影视特效的目的就是把电影中难以表达的场景,呈现给观众。或从降低成本的角度考虑,在降低了成本的同时又能给观众带来较好的观影感受。对于包含大量人群聚集的场面,特别是战争场面,如果采用真实的演员来拍摄,那将增大影视制作的成本,并且参与的人员过多也不好调度,增加了影视制作的难度。随着计算机技术的发展特别是计算机硬件的计算性能大幅度提升,使得虚拟现实成为可能,其应用领域也越来越广泛。目前应用计算机仿真技术来制作电影中宏大的人群场面已经成为较为主流的方法之一。因此,把虚拟现实与人群动画相结合的同时,对如何更真实的制作人群仿真动画,以及如何方便快捷的制作人群动画进行深入的研究,具有极大的现实意义和实用价值。  在现有的有关人群动画的研究中,人们往往把研究的重点放在如何真是的仿真人群的行为和提高计算效率上,却很少有人把研究终点放在在人群动画的制作和编辑上,致使在人群动画的制作和编辑上存在大量手工操作。而对于人群动画的制作人员来说,无法直观的编辑人群,只能从大量的仿真算法中寻找合适的算法,并不停地调整和算法相关的参数,这个过程无疑是即枯燥又耗时的。与此同时原始的编辑方式还存在着一些问题,例如无法精确的控制人群的活动范围和行进状态,以及无法控制特定的人出现在特定地点的具体时间等。这些问题都将给人群动画的制作带来困难。  针对以上问题,本文提出了把行人运动从时间和空间两方面分开来编辑的方法,并用网格形变的方法对人群的空间轨迹进行编辑。还针对人群的碰撞问题,分别提出了一种在不改变人群空间轨迹的前提下进行人群避碰方法,以及针对静态障碍物的避障方法,具体工作如下:  (1)本文面向较大大规模的人群运动编辑,提出了一种基于包围壳控制与行人相对位置保持的人群空间轨迹编辑方法。即可以通过人群的包围壳可以对人群进行整体编辑,与此同时人群中行人的位置关系由三角网格确定,在编辑的过程中行人间的位置关系可以被最大限度的保存下来,从而最大限度的保留了人群的原始队形。  (2)为了对人群的运动状态进行编辑,本文还提出了基于包围壳控制的人群时间轨迹编辑方法。这种方法既可以通过包围壳对整个人群的时间轨迹进行编辑,也可以对单个行人的时间轨迹进行编辑。通过对人群时间轨迹的编辑,可以对人群的速度施加影响,以及控制行人在空间位置上出现的时刻等。  (3)本文提出了一种基于空间轨迹保持的人群运动避碰方法,即可以在不改变人群的空间轨迹的前提下通过调节人群的时间轨迹来进行避碰的方法。由于这个方法不需要修改行人的空间轨迹,所以在进行避碰的过程中行人的空间轨迹不会穿过人群周围的障碍物。因此这个方法比较适用于障碍物较多的场景。  (4)针对人群可能与障碍物相碰撞的情况,本文还利用基于包围壳控制与行人相对位置保持的人群空间轨迹编辑方法,通过包围壳来约束人群的空间轨迹,从而避免行人与障碍物发生碰撞。由于包围壳控制与行人相对位置保持的人群空间轨迹编辑方法的特点,在形变后行人的相对位置会最大限度的保持下来。  (5)基于上述研究结果,本文设计并实现了一套基于网格形变的人群运动编辑系统。它可以简化人群运动的编辑操作,达到简便易用的效果。以北京工业大学羽毛球馆为实验场景,实现了基于网格形变的人群运动编辑系,实验结果表明可以通过本文实现的人群运动编辑方法对人群进行空间轨迹和时间轨迹的编辑操作,并简化了人群运动的编辑操作,提高了人群运动编辑的效率。
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