基於數據的三維計算機動畫理論與方法

《基於數據的三維計算機動畫理論與方法》是依託浙江大學，由馮結青擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：基於數據的三維計算機動畫理論與方法
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：馮結青
• 項目類別：重點項目

項目摘要

計算機動畫是卡通片製作、影視特技、訓練模擬、計算機遊戲等套用領域的核心支撐技術。現有的三維計算機動畫理論框架與方法在實現複雜模型與人體造型、柔性物體的運動、角色運動與衣服動畫、複雜流體動畫等方面，尚存在較大困難。當前，隨著各種信息獲取設備與計算資源的快速發展，我們已經可以獲取或計算得到大量的樣本模型或數據。本項目擬通過分析、學習與重用這些獲取或計算的樣本或數據，力圖在複雜幾何模型和個性化人體的高效真實感造型、物理模型的參數學習與快速求解、具有物理和視覺真實感的角色與衣服動畫、風格化流體動畫等關鍵問題的研究取得突破，建立基於數據驅動的三維計算機動畫理論框架，並提出和實現相關算法，豐富和發展三維計算機動畫的創作手段，為相關產業的發展提供關鍵技術支撐。

結題摘要

三維計算機動畫是計算機圖形學與藝術相結合的產物，廣泛套用於影視特技、媒體創作、訓練模擬、三維遊戲等領域。針對其在製作效率、表現逼真度、多風格化等方面存在的問題，項目組圍繞基於數據的建模、柔性體模擬、角色和布料動畫、流體動畫以及場景繪製等方面展開研究，取得了如下重要成果： 　　從數據分析、處理和合成的角度出發，提出了一個三維模型的高效重用理論框架及其關鍵技術，包括模型序列的拓撲修復和一致性處理、基於半監督學習的模型自動分割、測地線高效計算、多分枝模型的高效自然融合以及基於圖像的模型生成等，實現了基於數據的複雜模型高效生成。從物理模型簡化和視覺真實感的角度出發，提出了物理模擬—幾何變形—關鍵幀插值相結合的柔性物體動畫生成新框架，包括高質量格線化理論和方法、基於物理和關鍵幀插值的柔性體模擬和控制、線形和條帶彈性體的快速模擬、實時精確自由變形等，克服了傳統方法中參數估計、計算量大、互動不直觀等困難。通過發掘和利用靜態和動態捕獲數據中的特徵和運動信息，提出了數據驅動的三維人臉美化、誇張角色動畫、表情真實感合成與遷移、角色運動形變和遷移、高質量的布料動畫與衣服模擬等一系列關鍵技術，提高了角色和布料動畫的真實感和生成效率。從模板數據、物理方程近似、風格化等角度出發，提出了基於淺水方程的流體細節增強、基於數學函式的Marbling創作、煙霧約束動畫控制、三維風格化海浪、浪花以及與岸邊相互作用等複雜流體動畫生成方法，豐富了三維流體動畫的表現手段。項目組還圍繞計算機動畫中的隱式曲面造型等新理論和新方法、動畫場景的實時繪製、圖像與視頻的風格化處理等方面取得了一系列創新性研究成果。 　　通過上述系統深入的研究，豐富並完善了三維計算機動畫的傳統理論框架，提高了動畫創作效率與真實感，為三維計算機動畫在數字媒體內容創作等相關產業中套用提供了理論基礎和技術支撐。項目組在國內外學術期刊(含頂級期刊ACM TOG、IEEE TVCG等)和會議上(含頂級會議Siggraph Asia、Eurographics等)發表和錄用學術論文126篇，其中SCI收錄63篇、EI收錄106篇， 1人入選教育部“新世紀優秀人才支持計畫”，3人晉升副教授，培養博士22人、碩士26人，申請國家發明專利25項（授權14項），組織計算機動畫重要國際學術會議CASA2011和國內學術研討會DEA2010，完成了預期研究計畫。