CN105225262B - 一种动态捕捉3d数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态捕捉3D数据处理方法及其3D模型。其中，所述方法包括：构建角色的3D模型；依次建立具有特定层级结构的若干个骨骼并将所述骨骼与所述角色的3D模型相对应的关节绑定；通过动态捕捉系统获取动作演员的肢体动作数据；将所述肢体动作数据通过预定的软件导入所述骨骼并调整骨骼运动曲线；在所述骨骼的驱动下，所述3D模型沿所述骨骼运动曲线以执行相应的动作；所述调整骨骼运动曲线的步骤具体包括：将所述肢体动作数据中的空间位移数据导入到从臀部骨骼延伸出的位移骨骼中。上述方法有效的减少动作位移的偏差，使3D模型的动画动作更真实并且减少动画师的后期位移修改，提高3D模型动画制作的质量及速度。

Description

一种动态捕捉3D数据处理方法

技术领域

本发明涉及3D模型动画构建领域，尤其涉及一种动态捕捉3D数据处理方法及其3D模型。

背景技术

在以往的3D影视制作生产中，动画通常都是由动画师手Key动画（即生成动画关键帧）。但是，由于人手操作的限制，一个好的动画师，KEY出的动画，时间与速度上都有限，而且与真人的动作逼真性比，动画师相对非常难KEY到真实人表演的动作。

随时代的发展，出现了动态捕捉技术。亦即动态捕捉采集动作演员的肢体动作，将采集的肢体动作能快速的运用在影视生产中。现有的动态捕捉技术采集的动画数据（即肢体动作的位移、旋转数据等），通常经由MotionBuilder软件，将动画数据转换到其它三维软件的角色中。然后动画师再稍做修改以及附加其它的动画（如手指，口型及道具等 ）。

上述动态捕捉获取的数据通过MotionBuilder导出的动画数据为骨骼动画，骨骼动画曲线导出到MAYA（一种常用的3D动画制作软件）的最终模型。因为模型的Hips骨骼（臀部骨骼）上同时包含了捕捉动画的旋转与位移值，但在实际的动态捕捉系统中，捕捉的数据位移模块设置在人体的尾骨处。

当演员在做动作的时候，臀部骨骼处的位移与模型上的位移将会有偏差，造成例如模型在模拟站立不动或者蹲下的时候，会出现模型上半身后仰的状态的问题。3D模型与动作演员的实际肢体动作存在一定的位移偏差，跟随程度不够精准。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种动态捕捉3D数据处理方法及其3D模型，旨在解决现有技术中，导入3D模型的动作数据与动作演员的实际肢体动作存在一定的位移偏差，跟随程度不够精准的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种动态捕捉3D数据处理方法，其中，所述方法包括：

构建角色的3D模型；

依次建立具有特定层级结构的若干个骨骼并将所述骨骼与所述角色的3D模型相对应的关节绑定；

通过动态捕捉系统获取动作演员的肢体动作数据；

将所述肢体动作数据通过预定的软件导入所述骨骼并调整骨骼运动曲线；

在所述骨骼的驱动下，所述3D模型沿所述骨骼运动曲线以执行相应的动作；

所述调整骨骼运动曲线的步骤具体包括：将所述肢体动作数据中的整体位移数据导入到从臀部骨骼延伸出的位移骨骼中。

所述的动态捕捉3D数据处理方法，其中，所述“依次建立具有特定层级结构的若干个骨骼”的步骤具体包括：

从所述角色的3D模型的臀部开始建立骨骼，形成臀部骨骼；

沿所述3D模型的水平面方向，从所述臀部骨骼中延伸出独立的位移骨骼；

沿所述3D模型的垂直面方向，从臀部往上，依次建立腰、脖子、左/右手及头的骨骼；以及从臀部往下，依次建立左/右大腿、左/右小腿、左/右脚、左/右脚尖的骨骼；

所述的动态捕捉3D数据处理方法，其中，所述位移骨骼的层级高于所述臀部骨骼；所述位移骨骼带动臀部骨骼及其它处于低层级的骨骼作跟随运动。

所述的动态捕捉3D数据处理方法，其中，所述腰的骨骼沿臀部骨骼到头骨骼方向，依次包括第一、第二及第三腰骨骼；

所述建立左/右手的步骤具体包括：在第三腰骨骼中分出左/右锁骨并依次建立左/右手的上臂、前臂、手腕及手指骨骼。

所述的动态捕捉3D数据处理方法，其中，所述位移骨骼设置在所述臀部骨骼与所述3D模型的尾骨之间的连线上。

所述的动态捕捉3D数据处理方法，其中，所述位移骨骼设置在所述臀部骨骼与所述3D模型的尾骨之间的连线上靠近尾骨的三等分点处。

所述的动态捕捉3D数据处理方法，其中，所述肢体动作数据包括3D模型整体位移值以及若干骨骼间的相对旋转值。

一种动态捕捉3D模型，包括获取的动作演员的肢体动作数据以及角色的3D模型，其中，所述3D模型的骨骼包括独立的，用于接收肢体动作数据中的3D模型整体位移数据的位移骨骼。

所述的动态捕捉3D模型，其中，所述位移骨骼设置在臀部骨骼与3D模型尾骨之间的连线上。

所述的动态捕捉3D模型，其中，所述位移骨骼设置在所述臀部骨骼与所述3D模型的尾骨之间的连线上靠近尾骨的三等分点处。

有益效果：本发明提供的一种动态捕捉3D数据处理方法及其3D模型，通过将模型骨骼中原有整合在臀部骨骼的位移从臀部骨骼中脱离出来，导入到一个新设置的，独立的位移骨骼中。由于位移骨骼的位置能够更好的接近动作捕捉系统中位移数据模块的位置（即动作演员的尾骨处）。因此，可以有效的减少动作位移的偏差，使3D模型的动画动作更真实并且减少动画师的后期位移修改，提高3D模型动画制作的质量及速度。

附图说明

图1为本发明具体实施例的动态捕捉3D数据处理方法的方法流程图。

图2为本发明具体实施例的3D模型示意图。

图3为本发明具体实施例的3D模型及其骨骼绑定示意图。

图4为本发明具体实施例的骨骼驱动3D模型的示意图。

图5为本发明具体实施例的骨骼示意图。

图6为本发明具体实施例的骨骼层次结构示意图。

图7为本发明具体实施例的臀部骨骼及位移骨骼的示意图。

图8为现有技术未经修正的3D模型站立动作示意图。

图9为本发明具体实施例的3D模型站立动作示意图。

具体实施方式

本发明提供一种动态捕捉3D数据处理方法及其3D模型。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明具体实施例的一种动态捕捉3D数据处理方法。所述方法包括：

S1、构建角色的3D模型。如图2-4所示，在3D影视（动画）制作过程中，模型组建好如图2所示的角色的3D模型20之后，将建好的角色模型交给设置组。设置组将会针对角色的动画动作等为角色绑定骨骼10（如图3所示），并刷好权重，最终使得3D模型能在骨骼的驱动下运动起来（如图4所示）。

S2、依次建立具有特定层级结构的若干个骨骼并将所述骨骼与所述角色的3D模型相对应的关节绑定。

一般的，每一个骨骼都将会驱动3D模型的相对应的关节位置（包括位移及相对旋转值等）。具体的，所述骨骼的构建过程可以采用如下方式：首先，从所述角色的3D模型的臀部开始建立骨骼，形成臀部骨骼（Hips）。然后，沿所述3D模型的水平面方向，从所述臀部骨骼中延伸出独立的位移骨骼（hipstranslation）。

并且，沿所述3D模型的垂直面方向，从臀部往上，依次建立腰（spine）、脖子（neck、neck1）、左/右手及头（head）的骨骼，以及从臀部往下，依次建立左/右大腿（leg）、左/右小腿、左/右脚、左/右脚尖的骨骼。

在本发明的较佳实施例中，如图7所示，所述位移骨骼设置在所述臀部骨骼100与所述3D模型的尾骨200之间的连线上，具体设置在所述臀部骨骼与所述3D模型的尾骨之间的连线上靠近尾骨的三等分点处（即位于2分之3处）。上述位移骨骼的设置位置，能够有效的实现3D模型的位移偏差修正，避免导致重心靠后的情形发生。

更具体的，所述腰的骨骼沿臀部骨骼到头骨骼方向，依次包括第一、第二及第三腰骨骼（亦即胸部分支）。在第三腰骨骼中分出左/右锁骨并依次建立左/右手的上臂、前臂、手腕及手指骨骼，最终形成如图5所示的，具有一定层级结构的骨骼。

如图6所示，所述具有一定层级结构是指：各个骨骼之间具有高低层级结构。高层级的骨骼在运动时能够带动目录之下所有底层级的骨骼作跟随运动，从而实现对角色的3D模型的驱动，完成不同的动画动作。在本发明的一具体实施例中，所述位移骨骼的层级高于hips，从而使得在所述位移骨骼的位移数据生成，进行运动时，能够带动hips及以下所有的骨骼作跟随运动。

S3、通过动态捕捉系统获取动作演员的肢体动作数据。应当说明的是，上述构建3D模型及其骨骼的步骤S1、S2与步骤S3之间并无逻辑顺序关系。既可以先构建3D模型，也可以先获取动作演员的肢体动作数据，又或者两者同时进行。

S4、将所述肢体动作数据通过预定的软件导入所述骨骼并调整骨骼运动曲线。所述软件具体可以采用任何合适的，具有相关肢体动作数据导入功能的软件，例如现有比较常用的MotionBuilder。所述骨骼运动曲线是指在3D模型的三维世界中，各个骨骼与动作演员一系列或者一个肢体动作相对应的运动轨迹，通常可以包括位移值、骨骼之间的相对旋转值等等。

S5、在所述骨骼的驱动下，所述3D模型沿所述骨骼运动曲线以执行相应的动作。

在将肢体动作数据导入到创建的三维世界后，所有的骨骼运动轨迹（曲线）是由三维世界的xyz坐标轴上的位移及骨骼间的相对旋转值配合形成。在现有的3D模型数据处理中，肢体动作数据中的3D模型的空间位移（即三维世界的xyz坐标轴上的位移）是直接导入到hips中，由hips来完成。而由于hips位于3D模型的身体内部，与动作捕捉系统对应的位移数据模块的放置位置（即尾骨处）具有明显区别。因此，3D模型的动作将与采集导入的动作数据具有一定的偏差，例如，如图8所示，模型的站立的时候，会有向身体的后方倾斜（以图中的纵向直线为标准）。

而通过本发明所述的方法，在hips的水平面延伸方向设置独立的位移骨骼并将3D模型的空间位移导入到一个具有最高层级的位移骨骼中。

在角色模型设置的时候，在Hips的上一级设定上加一个位移骨骼（HipsTranslation）。在肢体动作捕捉到的数据传输中，位移骨骼只存有位移动画，而Hips这个骨骼只传输旋转值动画从而实现位移偏差的修正，例如，如图9所示，模型的站立的时候，身体不再向后方倾斜，有效的节省与避免动画师在后期手动调整的时间与成本。

本发明还提供了一种动态捕捉3D模型，包括获取的动作演员的肢体动作数据以及角色的3D模型。其中，所述3D模型的骨骼包括独立的，用于接收肢体动作数据中的3D模型整体位移数据的位移骨骼。

具体的，所述位移骨骼设置在臀部骨骼与3D模型尾骨之间的连线上，所述位移骨骼设置在所述臀部骨骼与所述3D模型的尾骨之间的连线上靠近尾骨的三等分点处。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种动态捕捉3D数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：

构建角色的3D模型；

依次建立具有特定层级结构的若干个骨骼并将所述骨骼与所述角色的3D模型相对应的关节绑定；

通过动态捕捉系统获取动作演员的肢体动作数据；

将所述肢体动作数据通过预定的软件导入所述骨骼并调整骨骼运动曲线；

在所述骨骼的驱动下，所述3D模型沿所述骨骼运动曲线以执行相应的动作；

所述“依次建立具有特定层级结构的若干个骨骼”的步骤具体包括：

从所述角色的3D模型的臀部开始建立骨骼，形成臀部骨骼；

沿所述3D模型的水平面方向，从所述臀部骨骼中延伸出独立的用于接收肢体动作数据中的3D模型整体位移数据的位移骨骼；

沿所述3D模型的垂直面方向，从臀部往上，依次建立腰、脖子、左/右手及头的骨骼；以及从臀部往下，依次建立左/右大腿、左/右小腿、左/右脚、左/右脚尖的骨骼；

所述调整骨骼运动曲线的步骤具体包括：将所述肢体动作数据中的空间位移数据导入到从臀部骨骼延伸出的位移骨骼中；

所述位移骨骼设置在所述臀部骨骼与所述3D模型的尾骨之间的连线上。

2.根据权利要求1所述的动态捕捉3D数据处理方法，其特征在于，所述位移骨骼的层级高于所述臀部骨骼；所述位移骨骼带动臀部骨骼及其它处于低层级的骨骼作跟随运动。

3.根据权利要求1所述的动态捕捉3D数据处理方法，其特征在于，所述腰的骨骼沿臀部骨骼到头骨骼方向，依次包括第一、第二及第三腰骨骼；

所述建立左/右手的步骤具体包括：在第三腰骨骼中分出左/右锁骨并依次建立左/右手的上臂、前臂、手腕及手指骨骼。

4.根据权利要求3所述的动态捕捉3D数据处理方法，其特征在于，所述位移骨骼设置在所述臀部骨骼与所述3D模型的尾骨之间的连线上靠近尾骨的三等分点处。

5.根据权利要求1所述的动态捕捉3D数据处理方法，其特征在于，所述肢体动作数据包括3D模型空间位移值以及若干骨骼间的相对旋转值。