大規模汽車群組動畫的關鍵技術研究

《大規模汽車群組動畫的關鍵技術研究》是依託浙江大學，由金小剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大規模汽車群組動畫的關鍵技術研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：金小剛
• 項目類別：面上項目

項目摘要

城市車水馬龍場景是動畫、虛擬現實、遊戲中不可缺少的，其必然涉及大量的汽車。汽車可視作由人駕駛的智慧型體，它們的運動受道路、交通規則等約束。因此，如何方便、有效地控制模擬大規模汽車流的真實運動具有重要的理論意義和套用價值。本項目旨在研究虛擬動畫場景中大規模汽車運動的關鍵技術，具體包括基於巨觀模型的全局路網中交通流的控制，基於微觀模型的局部關注區域內交通場景的逼真模擬，基於真實視頻的駕駛行為參數學習，基於駕駛意圖的靈活變道模擬，交通燈控制路口及各種匯流分流等連線結構附近汽車的智慧型反應行為,車輛駕駛路徑搜尋，非理想交通秩序場景模擬等動畫技術。同時，還將為用戶提供三維路網創建編輯工具，用戶可以導入GIS道路相關數據，處理得到真實路網拓撲結構和幾何結構，也可以直接創建所需路網結構。項目將最終研發出一個計算高效、控制靈活、交通細節豐富的汽車群組動畫模擬原型系統，以廣泛套用於動畫製作實踐中。

結題摘要

城市車水馬龍場景是動畫、虛擬現實、遊戲中不可缺少的，其必然涉及大量的汽車。因此，如何方便、有效地控制模擬大規模汽車流的真實運動具有重要的理論意義和套用價值。經過四年的實施，課題組圍繞微觀三維交通模擬、車輛駕駛特性學習、數據驅動的交通仿真、非理想交通的人車互動、人群個體動畫、群組場景動畫等展開研究，取得了重要進展，已經按預期完成了研究計畫。共發表和錄用學術論文45篇(SCI收錄33篇)，其中國際重要學術刊物32篇，包括 ACM Transactions on Graphics (Proc of Siggraph)論文2篇，IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics論文1篇，IEEE TASE論文2篇， PLoS ONE論文1篇，IEEE CGA論文1篇，CGF論文5篇，其它國際重要學術刊物GM,TVC,CG,CAVW,EAAI論文20篇。獲得4項授權國家發明專利，申請4項。培養博士生4名，碩士生4名。取得的主要成果有：(1).在汽車流模擬方面，提出了一個微觀的三維交通模擬方法，它能套用於複雜多樣的城市道路結構，如十字路口、分流、匯流等，並實時生成逼真的大規模交通場景的模擬動畫。(2). 在車輛駕駛特性學習方面，提出了一種數據驅動的方法來生成與樣本視頻中交通流有相似行為的虛擬交通流。(3). 提出了一種數據驅動的交通仿真方法，可在任意虛擬道路網路上快速合成逼真的交通流。 (4). 提出了一種車輛-行人互動行為建模方法，用於人車混合交通流模擬。提出了一種實時的、基於物理的、具有平衡恢復的線上預測性人體運動控制方法。在交通場景的碰撞處理方面，提出了一種高效的二次規劃問題數值求解算法來進行大規模柔性體模擬過程中的碰撞處理。(5). 在群組個體動畫方面，提出了一種新的模擬角色模型的皮膚變形方法，提出了一種基於時空最最佳化約束的方法來對一段已有的動畫進行直接編輯，提出了一種基於敏感度最佳化的布料綁定方法以用於基於樣本庫的實時人體布料合成，提出了將物體的彈性材料最佳化和控制外力最佳化相結合的彈性體模擬方法以產生更加真實自然的動畫結果。(6).在汽車群組動畫場景方面，提出了一種基於生物學規則的昆蟲群模擬方法，提出了一種全局規划算法來模擬飛行類昆蟲群的常見形態和行為，提出了一種基於模型體分解的群組變形動畫的創作方法。