视频流驱动的3D人体动画【毕业论文】.doc

1、 本科毕业设计 (论文 ) (20 届 ) 论文题目 视频流驱动的 3D人体动画 所在学院 专业班级 计算机科学与技术 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 日1 诚 信 声 明 我声明，所呈交的毕业设计作品和论文是本人经过近四年的基础课程与专业课程学习的基础上，在指导老师的指导 下，经过几个月集中的毕业设计学习、实践和努力工作所取得的成果。据本人查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，设计作品和论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。我承诺，设计作品和论文中的所有内容均真实、可信。 学生签名： 签名日期： 年 月 日 2 论文目录 摘 要 . 3 Abstract. 5

2、第一章 引 言 . 6 第二章 视频流动作的提取 . 7 2.1 视频流截取 . 8 2.2 视频转换 图片 . 8 2.3 提取关键帧图片 . 9 第三章 模型创建与绑定 . 9 3.1 模型创建 . 10 3.1.1 建模软件 MAYA. 10 3.1.2 建立人物模型 . 12 3.1.3 场景的创建 . 15 3.1.4 材质和贴图 . 16 3.2 骨骼的创建和绑定 . 17 第四章 关键帧动画 . 19 4.1 动画前的准备工作 . 19 4.2 关键帧动画 . 20 第五章 后期制作 . 20 5.1 Mental ray 渲染 . 20 5.2 后期合成 . 21 5.3 作品

3、测试 . 22 第六章 总结 . 24 致 谢 . 25 参考文献 . 25 附录 1：作品说明书 . 28 3 摘 要 三维人体动画的生成是计算机动画领域中的一个研究热点，现有的运动捕获方法虽然可以获得逼真的运动数据，但因使用不便、代价昂贵的 缺点限制了其应用。本文参照已有的视频流，将人体动作施加到 3D 模型上实现三维人体动画的生成。首先，选取一段视频，用 Premiere 软件进行剪切并应用格式工厂将其转换成图片，并从中选取关键帧图片；然后，用 MAYA 软件中的 Polygons 建模工具创建人体模型，应用骨骼插件给角色模型进行绑定骨骼，并对骨骼与身体进行蒙皮与约束；参照视频关键帧的动

4、作，给绑定好的模型进行动作传输，从而生成 3D 人体的动画。实验结果表明，本文的方法能够方便利用已有视频流动作实现较为逼真 3D 人体动画。 关键词： 视频流，建模，绑定，动作传输， 渲染 4 5 Abstract 3D human animation is a hot topic in the field of computer animation. Although the existing motion capture can generate the realistic animation, the cost of using it is high. According to the

5、existing video streams, so this paper implements 3D human motion by transferring the motion in the 2D video to 3D human model. By choosing a fragment of video, we first apply Premiere to shear it and convert it into some images using Format Factory. Further, the key frames are chosen. Using the Poly

6、gons modeling tool in MAYA, we then create a human model and bind its bones. At the same time, the bones and human body are skinned and constrained. Finally, we transfer the motion in the 2D video to the bound model and 3D human animation is generated. The experimental results demonstrate the propos

7、ed method can easily achieve the realistic human motion by using the existing video stream. Key Words: Video stream , Modeling , Bingding , Motion transfer , Rendering 6 第一章 引 言 当今社会正处在信息化、数字 化的时代，而计算机图形图像（ CG）技术又是数字领域的至高点 ,是引领数字潮流的桥头堡。 随着创意产业与电子娱乐业的发展， CG 技术在电影电视中逐渐脱颖而出。而 3D 电影产业中占较大比重的基本上都是基于 3D 拟

8、真技术的，其核心在于“真实”角色的构建与动画完美结合。 在影视业技术的高要求下，二维已经无法满足人们对其的要求了，所谓二维画面是平面上的画面。纸张、照片或计算机屏幕显示，无论画面的立体感有多强，终究只是在二维空间上模拟真实的三维空间效果，没有视觉上的冲击力，而现在需要的是一个更为真实、刺激、创新的立体空间来满足人 们视觉上的需求。 三维动画又称 3D 动画，它的出现弥补了二维的缺陷，给人们带来耳目一新的感觉； 3D 动画是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一新兴技术。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界，设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场景，再根

9、据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数，最后按要求为模型赋上特定的材质，并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后的画面。 3D 动画的画面与二维的画面完全不同；例如： 1. 场景和角色的处理方式不同： a. 二维动画：由于二维手绘动画制作透视变化效果时很难应用在场景上，通过以角色的透视变化来丰富画面，因此场景绘制的色彩层次丰富，角色只有明暗两种色彩层次。 b. 三维动画：由于使用计算机技术的三维动画可以自动计算出发生透视变化的效果，因此场景和角色的色彩层次都可以很丰富。 2 对质感的表现程度不同：a. 二维动画：很难表现出真实的质感，尤其是金属、玻璃、液体等

10、质感的反射和直射效果的层次变化，特别是在这些物体运动的时候。 b. 三维动画：可以表现出所有能够想象出来的质感，所有的效果可以通过材质球实现，计算机会自动计算出 运动效果。 3。制作效率不同： a. 二维动画：因为二维动画不需要制作模型、绘制贴图和设置材质灯光，准备工序相对较少，但是后续的制作工作需要人工完成。因此，二维动画制作动画短片效率较高，制作动画长片的周期较长。一部高品质的二维动画电影制作周期一般为四年。 b. 三维动画：因为三维动画需要制作模型、绘制贴图和设置材质灯光，准备工序相对较多，但是动画生成和镜头输出由计算机根据人工设置的参数自动生成。因此，制作动画长片效率较高，制作动画长片

11、的周期较短。一部高品质的三维动画电影制作周期一般为两年。 4动画制作的优势不同： 由于制作手段的不同而造成的。 a. 二维动画：由于逐帧手绘的原因，所以制作碰撞、布料、吃食物、切割、大幅度变形等动画效果有较大优势。如果使用三维软件制作这些效果，需要计算机进行大量的计算，而且有些功能还需要单独开发适合的插件来制作。 b. 三维动画：由于计算机可以自动生成动画，所以制作透视变化效果、光影变化、群组动画、爆炸效果、云雾、毛发等有动画效果较大优势。如果使用手工绘制的方式进行制作，很难制作出十分流畅的动画效果，等等。 然而影视业对技术的要求越来越高，二维的视频流已无法完成高难度特技、高强度爆炸场景 等7

12、 等特效的动画需求。鉴于此， 本课题 通过参照已有的视频流，将人体动作施加到 3D 模型上来实现三维人体动画的生成，其大致 流程图如 1-1 所示。 图 1-1 流程图 第二章 视频流动作的提取 视频流动画，参照已有的视频，在 3D 空间内创建视频中的角色，并按照人体的骨骼给模型进行绑定，同时给角色一个材质，绑定好的模型如同在虚拟世界中的真实人物一样，可以像现实生活中的人物一样，走、跑、跳、工作等等，而视频流动画就是将视频流中角色的关键帧提取出来，用 3D动画角色将其表现出来，做出与视频流中角色完全相同的动作。 8 2.1 视频流截取 选取一段视频，打开 Premiere 软件，将视频拖入 P

13、remiere 界面中项目栏，左键选中项目中的视频，拖到时间线栏的视频中，在节目栏中播放视频，这时在节目栏下方会显示视频的播放时间，时间的显示有力于我们截取自己所需的视频时间段的判定，记下自己所要保留视频的时间是多少秒到多少秒，回到时间线栏中用“剃刀工具”进行视频截取，将多余部分的视频直接删除，最终保留自己所需的视频，点文件导出影片，保存最终视频，如图 2-1 所示。 图 2-1 视频剪辑流程图 2.2 视频转换 图片 打开格式工厂软件，将视频导入到软件格式工厂中，点选图片栏中“所有转换 JPG”将其转换成 JPG 格式的图片，点击配置调整图片的属性，之后点确定，点工具栏中的开始按钮开始转化格

14、式，在项目上单击右键，选择“打开输出文件夹”将导出的图片保存到自己的指定文件夹中，如图 2-2所示。 9 图 2-2 格式工厂转换 2.3 提取关键帧图片 在导出的所有图片中，将关键帧图片挑选出来。所谓关键帧图片就是极限帧时的 POSE，例如一个抬手的动作，在 3D 动画中，只需要取手在最低点的位置和最高点的位置就可以，中间帧直接过渡 ，而在二维动画中需要将每一帧都画出来， 3D 动画不像二维动画需要将每一帧都画出来那么麻烦，不仅是工作时间还是工作的效率上 3D 动画都占有很大的优势。 第三章 模型创建与绑定 三维动画最关键的莫过于真实性，所以角色和场景的建立非常重要的，特别是在电影电视中出现的场景，场景的真实感，在视觉上让人达到一个意想不到的感觉境界， 如图 3-1 所示视频中的场景。 图 3-1 视频中的场景