CN113192166B - 一种骨骼树还原方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种骨骼树还原方法及系统，涉及计算机图形技术领域。所述方法包括确定场景节点树结构；获取根节点，从所述根节点开始递归为每一节点建立索引及父子关系；存储所述索引及父子关系在所述场景节点树结构中；确定并存储每一节点在所述场景节点树结构中的高度值，判断是否具有共同祖先；若具有共同祖先，利用深度遍历对节点进行排序，并还原骨骼树。

Description

一种骨骼树还原方法及系统

技术领域

本申请涉及计算机图形技术领域，尤其涉及骨骼树还原方法及系统。

背景技术

近年来，随着虚拟现实(Virtual Reality，VR)，增强现实(Augmented Reality，AR)，混合现实(Mixed Reality，MR)和XR(X Reality，X表示一个未知变量)等技术的迅速发展，可以实现虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)、XR等不同场景。目前，随着科技的发展，角色动画在场景重现、影视制作、医学模拟等很多领域发挥越来越重要的作用。骨骼动画是角色动画中的一种，在骨骼动画中，模型具有互相连接的“骨骼”组成的骨架结构，通过改变骨骼的朝向和位置来为模型生成动画。

在计算机图形学领域中，目前有两类主流的动画类型：关键帧动画和骨骼动画。骨骼动画将三维模型划分为骨骼(Bone)和蒙皮(Mesh)。以Unity引擎为例，骨骼又进一步地划分为具有多个层级关系的树形结构骨骼。在该树形结构中，父节点的骨骼在运动时，作为其子节点的骨骼将跟随父节点处的骨骼运动；反之，子节点的骨骼在运动时不影响父节点的骨骼。蒙皮则将三维模型的顶点映射到骨骼，即指定某个顶点由几根骨骼控制。具体地，在骨骼运动的时候，三维模型的顶点根据控制其运动的骨骼及其控制权重的百分比而作出相应的运动。然而，实现引擎导入fbx文件解析模块时，对骨骼动画文件的处理与一般的动画文件不同；尤其针对多mesh文件，在引擎中生成骨骼树要求骨骼节点的父子节点关系一致。骨骼动画原理以及fbx文件存储骨骼节点的顺序等都存在直接影响，需要额外处理以获取原始骨骼数据。

因此，期望提供一种骨骼树还原方法及系统，根据骨骼树的特征，通过应用并交集的算法思想进行骨骼重建，预先处理骨骼节点数据，可以从无序的，无节点关系的骨骼节点集合，得到符合底层节点组织顺序的结构，还原一个完整的用于驱动蒙皮的骨骼树。

发明内容

根据本申请的一些实施例的第一方面，提供了一种骨骼树还原方法，应用于终端(例如，电子设备等)中，所述方法可以包括：确定场景节点树结构；获取根节点，从所述根节点开始递归为每一节点建立索引及父子关系；存储所述索引及父子关系在所述场景节点树结构中；确定并存储每一节点在所述场景节点树结构中的高度值，判断是否具有共同祖先；若具有共同祖先，利用深度遍历对节点进行排序，并还原骨骼树。

在一些实施例中，所述场景节点树结构中的节点包括骨骼节点和蒙皮节点。

在一些实施例中，所述骨骼节点包括第一骨骼节点和第二骨骼节点。

在一些实施例中，所述第一骨骼节点包括参与skin的骨骼节点，所述参与skin的骨骼节点参与骨骼蒙皮算法，存放在所述蒙皮节点属性中；所述第二骨骼节点包括不参与skin的骨骼节点。

在一些实施例中，所述第一骨骼节点属于场景节点树，不具备父子关系，根据参与skin的骨骼节点以及场景节点数，重建包括参与skin的骨骼节点的骨骼树。

在一些实施例中，所述父子关系包括父节点与子节点，所述判断是否具有共同祖先具体包括：根据所述高度值，利用并交集算法向上查找祖先节点；当任意两个节点的高度值相同时，判断父节点是否相同，若父节点相同，确定两个节点为兄弟节点并具有共同祖先；当任意两个节点的高度值不同时，判断父节点是否为兄弟节点，若任意两个节点的父节点为兄弟节点，确定具有共同祖先节点。

在一些实施例中，所述并交集算法包括一种树型结构，用于处理不交集的合并及查询。

在一些实施例中，所述蒙皮节点及参与skin的骨骼节点属于不交集，合并多个蒙皮节点下的多个不交集。

在一些实施例中，所述父子关系包括父节点与子节点，所述还原骨骼树具体包括：所述场景节点树包括父子关系的节点，根据每一不交集的父节点索引，向根行进直到底树根；利用联合算法，将每一不交集的树根连接至另一不交集的树根，还原实际的骨骼树。

根据本申请的一些实施例的第二方面，提供了一个系统，所述系统包括：一个存储器，被配置为存储数据及指令；一个与存储器建立通信的处理器，其中，当执行存储器中的指令时，所述处理器被配置为：确定场景节点树结构；获取根节点，从所述根节点开始递归为每一节点建立索引及父子关系；存储所述索引及父子关系在所述场景节点树结构中；确定并存储每一节点在所述场景节点树结构中的高度值，判断是否具有共同祖先；若具有共同祖先，利用深度遍历对节点进行排序，并还原骨骼树。

因此，根据本申请的一些实施例的一种骨骼树还原方法及系统，根据骨骼树的特征，通过应用并交集的算法思想进行重建骨骼，预先处理骨骼节点数据，可以从无序的，无节点关系的骨骼节点集合，得到符合底层节点组织顺序的结构，还原一个完整的用于驱动蒙皮的骨骼树。

附图说明

为更好地理解并阐述本申请的一些实施例，以下将结合附图参考实施例的描述，在这些附图中，同样的数字编号在附图中指示相应的部分。

图1是根据本申请的一些实施例提供的骨骼树还原系统的示例性示意图。

图2是根据本申请的一些实施例提供的骨骼树还原方法的示例性流程图。

具体实施方式

以下参考附图的描述为便于综合理解由权利要求及其等效内容所定义的本申请的各种实施例。这些实施例包括各种特定细节以便于理解，但这些仅被视为示例性的。因此，本领域技术人员可以理解对在此描述的各种实施例进行各种变化和修改而不会脱离本申请的范围和精神。另外，为简要并清楚地描述本申请，本申请将省略对公知功能和结构的描述。

在以下说明书和权利要求书中使用的术语和短语不限于字面含义，而是仅为能够清楚和一致地理解本申请。因此，对于本领域技术人员，可以理解，提供对本申请各种实施例的描述仅仅是为说明的目的，而不是限制所附权利要求及其等效定义的本申请。

下面将结合本申请一些实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一”、“一个”、“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本申请中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相绑定的列出项目的任何或所有可能组合。表达“第一”、“第二”、“所述第一”和“所述第二”是用于修饰相应元件而不考虑顺序或者重要性，仅仅被用于区分一种元件与另一元件，而不限制相应元件。

根据本申请一些实施例的终端可以是电子设备，该电子设备可以包括个人电脑(PC，例如平板电脑、台式电脑、笔记本、上网本、掌上电脑PDA)、用户端设备、虚拟现实设备(VR)、增强现实设备(AR)、混合现实设备(MR)、XR设备、渲染机、智能手机、移动电话、电子书阅读器、便携式多媒体播放器(PMP)、音频/视频播放器(MP3/MP4)、摄像机和可穿戴设备等中的一种或几种的组合。根据本申请的一些实施例，所述可穿戴设备可以包括附件类型(例如手表、戒指、手环、眼镜、或头戴式装置(HMD))、集成类型(例如电子服装)、装饰类型(例如皮肤垫、纹身或内置电子装置)等，或几种的组合。在本申请的一些实施例中，所述电子设备可以是灵活的，不限于上述设备，或者可以是上述各种设备中的一种或几种的组合。在本申请中，术语“用户”可以指示使用电子设备的人或使用电子设备的设备(例如人工智能电子设备)。

本申请实施例提供了一种骨骼树还原方法及系统。为了便于理解本申请实施例，以下将参考附图对本申请实施例进行详细描述。

图1是根据本申请的一些实施例提供的骨骼树还原系统的示例性示意图。如图1所述，骨骼树还原系统100可以包括网络110、控制端120、用户端130和服务器140等。具体的，控制端120与用户端130在通过网络建立通信，例如，控制端120与用户端130可以在同一个局域网(比如，同一个路由器的网络环境等)中通信。进一步，控制端120可以通过有线(例如，网线等)或无线(例如，云端服务器等)等方式与网络110连接，用户端130可以通过有线或无线(例如，WIFI等)等方式与网络110建立通信连接。在一些实施例中，用户端130可以向控制端120、服务器140发送消息等。进一步地，控制端120、服务器140可以向用户端130反馈信息。

根据本申请的一些实施例，控制端120、用户端130可以为相同或不同的终端设备等。所述终端设备可以包括但不限于智能终端，移动终端，计算机，渲染机等。在三维场景中，控制端120可以包括计算机等，用户端130可以包括三维引擎装置等。在一些实施例中，控制端120和用户端130可以集成在一个设备中，例如，VR一体机、智能终端(例如，平板、手机)等。在一些实施例中，骨骼树还原系统100可以包括网络110、控制端120和服务器140等，而省略用户端130；例如，服务器140可以通过网络110获取节点信息并发送至控制端120，控制端120可以执行节点树还原流程等；对于用户端130可以获取并使用还原的节点还原树结构数据，但不参与节点树还原流程。在一些实施例中，服务器140是计算机的一种，具有比普通计算机运行更快、负载更高等优势，而相对应的价格更高昂。在网络环境中，服务器可以为其它客户机(例如，PC机、智能手机、ATM等终端，以及交通系统等大型设备)提供计算或者应用服务。服务器具有高速的CPU运算能力、长时间的可靠运行、强大的I/O外部数据吞吐能力以及更好的扩展性。所述服务器可以提供的服务包括但不限于承担响应服务请求、承担服务、保障服务的能力等。所述服务器作为电子设备，具有极其复杂的内部结构，包括与普通计算机相近的内部结构等，作为示例，所述服务器的内部结构可以包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、硬盘、内存，系统、系统总线等。

在本申请的一些实施例中，骨骼树还原系统100可以省略一个或多个元件，或者可以进一步包括一个或多个其它元件。作为示例，骨骼树还原系统100可以包括多个用户端130，如多个三维引擎设备等。又例如，骨骼树还原系统100可以包括多个控制端120。再例如，骨骼树还原系统100可以包括多个服务器140等。网络110可以为任意类型的通信网络，所述通信网络可以包括计算机网络(例如，局域网(LAN，Local Area Network)或广域网(WAN，Wide Area Network))、互联网和/或电话网络等，或几种的组合。在一些实施例中，网络110可以为其他类型的无线通信网络。所述无线通信可以包括微波通信和/或卫星通信等。所述无线通信可以包括蜂窝通信，例如，全球移动通信(GSM，Global System forMobile Communications)、码分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)、第三代移动通信(3G，The 3rd Generation Telecommunication)、第四代移动通信(4G)、第五代移动通信(5G)、第六代移动通信(6G)、长期演进技术(LTE，Long Term Evolution)、长期演进技术升级版(LTE-A，LTE-Advanced)、宽带码分多址(WCDMA，Wideband Code DivisionMultiple Access)、通用移动通信系统(UMTS，Universal Mobile TelecommunicationsSystem)、无线宽带(WiBro，Wireless Broadband)等，或几种的组合。在一些实施例中，用户端130可以为其他具备同等功能模块的电子设备，该电子设备可以包括虚拟现实设备(VR)、渲染机、个人电脑(PC，例如平板电脑、台式电脑、笔记本、上网本、掌上电脑PDA)、智能手机、移动电话、电子书阅读器、便携式多媒体播放器(PMP)、音频/视频播放器(MP3/MP4)、摄像机和可穿戴设备等中的一种或几种的组合。

在一些实施例中，所述WIFI可以为其他类型的无线通信技术。根据本申请的一些实施例，所述无线通信可以包括无线局域网(WiFi，Wireless Fidelity)、蓝牙、低功耗蓝牙(BLE，Bluetooth Low Energy)、紫蜂协议(ZigBee)、近场通讯(NFC，Near FieldCommunication)、磁安全传输、射频和体域网(BAN，Body Area Network)等，或几种的组合。根据本申请的一些实施例，所述有线通信可以包括全球导航卫星系统(Glonass/GNSS，Global Navigation Satellite System)、全球定位系统(GPS，Global Position System)、北斗导航卫星系统或伽利略(欧洲全球卫星导航系统)等。所述有线通信可以包括通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)、高清多媒体接口(HDMI，High-Definition MultimediaInterface)、推荐标准232(RS-232，Recommend Standard 232)、和/或简易老式电话服务(POTS，Plain Old Telephone Service)等，或几种的组合。

需要说明的是，以上对于骨骼树还原系统100的描述，仅为描述方便，并不能把本申请限制在所举实施例的范围之内。可以理解，对于本领域技术人员，基于本系统的原理，可能在不背离该原理的前提下，对各个元件进行任意组合，或者构成子系统与其他元件连接，对实施上述方法和系统的应用领域进行形式和细节上的各种修正和改变。例如，控制端120和用户端130可以集成在一个设备中；或骨骼树还原系统100省略用户端130等。诸如此类的变形，均在本申请的保护范围之内。

图2是根据本申请的一些实施例提供的骨骼树还原方法的示例性流程图。如图2所述，流程200可以通过骨骼树还原系统100实现。在一些实施例中，所述骨骼树还原方法200可以自动启动或通过指令启动。所述指令可以包括系统指令、设备指令、用户指令、动作指令等，或几种的组合。

在201，确定场景节点树结构。操作201可以通过骨骼树还原系统100的控制端120、服务器140实现。在一些实施例中，控制端120和/或服务器140可以确定场景节点树结构。在一些实施例中，用户端130可以获取消息并发送至控制端120和/或服务器140，或者，控制端120和/或服务器140可以通过网络110获取节点树结构数据，所述节点树结构数据可以用于确定场景节点树结构。作为示例，所述节点树结构数据可以通过控制端120和/或服务器140剖析骨骼系统并确定场景节点树结构。

根据本申请的一些实施例，所述骨骼节点包括第一骨骼节点和第二骨骼节点。所述第一骨骼节点包括参与skin的骨骼节点，所述参与skin的骨骼节点参与骨骼蒙皮算法，存放在所述蒙皮节点属性中；所述第二骨骼节点包括不参与skin的骨骼节点。所述第一骨骼节点属于场景节点树，不具备父子关系，根据参与skin的骨骼节点以及场景节点数，重建包括参与skin的骨骼节点的骨骼树。所述父子关系包括关节节点之间的传递关系，包括父节点和子节点。

在202，获取根节点，从所述根节点开始递归为每一节点建立索引及父子关系。操作202可以通过骨骼树还原系统100的控制端120、服务器140实现。在一些实施例中，控制端120和/或服务器140可以获取根节点，从所述根节点开始递归为每一节点建立索引及父子关系。作为示例，控制端120和/或服务器140可以从应用程序编程接口(ApplicationProgramming Interface，API)获取根节点。控制端120和/或服务器140可以从根节点开始，递归为模型骨骼系统的每一关节节点的父子关系，关节节点的传递关系等建立索引。

在203，存储所述索引及父子关系在所述场景节点树结构中。操作203可以通过骨骼树还原系统100的控制端120、服务器140实现。在一些实施例中，控制端120和/或服务器140可以存储所述索引及父子关系在所述场景节点树结构中。作为示例，控制端120和/或服务器140可以将建立的每一节点的索引及父子关系存储在定义的场景节点树结构中等。

在204，确定并存储每一节点在所述场景节点树结构中的高度值，判断是否具有共同祖先节点。操作204可以通过骨骼树还原系统100的服务器140和/或控制端120实现。在一些实施例中，服务器140和/或控制端120可以确定并存储每一节点在所述场景节点树结构中的高度值，判断是否具有共同祖先节点。作为示例，服务器140和/或控制端120可以将所述高度值应用于并交集算法，向上查找祖先节点，用于判断是否具有共同祖先。

根据本申请的一些实施例，所述并交集算法包括一种树型结构，用于处理不交集的合并及查询。作为示例，所述蒙皮节点及参与skin的骨骼节点属于不交集，合并多个蒙皮节点下的多个不交集。所述父子关系包括父节点与子节点，所述判断是否具有共同祖先具体包括根据所述高度值，利用并交集算法向上查找祖先节点；当任意两个节点的高度值相同时，判断父节点是否相同，若父节点相同，确定两个节点为兄弟节点并具有共同祖先；当任意两个节点的高度值不同时，判断父节点是否为兄弟节点，若任意两个节点的父节点为兄弟节点，确定具有共同祖先。

作为示例，根节点的高度值为0，每一层的节点具有相同的高度值(height)，当高度值相同的节点的父节点相同，确定这两个节点为兄弟节点并具有共同祖先；同时，可以将兄弟节点添加到集合中，所述集合可以包括具有共同祖先的节点集合。再例如，如果任意两个节点n1和n2高度值不同，节点n1的父节点p1存在，节点n2的父节点p2也存在，当父节点p1与父节点p2具有共同的父节点a1时，确定父节点p1和父节点p2为兄弟节点，可以用于判断节点n1和节点n2具有共同祖先。

在205，若具有共同祖先，利用深度遍历对节点进行排序，并还原骨骼树。操作205可以通过骨骼树还原系统100的服务器140和/或控制端120实现。在一些实施例中，服务器140和/或控制端120可以若具有共同祖先，利用深度遍历对节点进行排序，并还原骨骼树。作为示例，所述场景节点树包括父子关系的节点，服务器140和/或控制端120可以根据每一不交集的父节点索引，向根行进直到底树根；利用联合算法，将每一不交集的树根连接至另一不交集的树根，还原实际的骨骼树。

根据本申请的一些实施例，流程200可以进一步包括根据实际参与skin的节点，以及场景节点树重建一个只有skin节点类型的骨骼树。作为示例，骨骼节点类型可以包括参与skin的骨骼节点和不参与skin的骨骼节点，参与skin的骨骼节点存放于蒙皮(mesh)节点属性中，这部分节点是真正参与骨骼蒙皮算法的，虽然属于场景节点树，但是不具有父子节点关系，服务器140和/或控制端120可以根据这些实际参与skin的骨骼节点，以及场景节点树重建一个只有skin节点类型的骨骼树等。

根据本申请的一些实施例，所述还原的骨骼树和/或重建的骨骼树，可以显示在用户端130的UI中，并在特定场景中实现，所述场景可以包括但不限于VR，AR，MR，XR任一场景或组合的场景。

需要说明的是，以上对于流程200的描述，仅为描述方便，并不能把本申请限制在所举实施例的范围之内。可以理解，对于本领域技术人员，基于本系统的原理，可能在不背离该原理的前提下，对各个操作进行任意组合，或者构成子流程与其它操作组合，对实施上述流程和操作的功能进行形式和细节上的各种修正和改变。例如，流程200可以进一步包括根据实际参与skin的节点，以及场景节点树重建一个只有skin节点类型的骨骼树等操作。诸如此类的变形，均在本申请的保护范围之内。

综上所述，根据本申请实施例的一种骨骼树还原方法及系统，根据骨骼树的特征，通过应用并交集的算法思想进行骨骼重建，预先处理骨骼节点数据，可以从无序的，无节点关系的骨骼节点集合，得到符合底层节点组织顺序的结构，还原一个完整的用于驱动蒙皮的骨骼树。

需要注意的是，上述的实施例仅仅是用作示例，本申请不限于这样的示例，而是可以进行各种变化。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后，还需要说明的是，上述一系列处理不仅包括以这里所述的顺序按时间序列执行的处理，而且包括并行或分别地、而不是按时间顺序执行的处理。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)或随机存储器(Random Access Memory，RAM)等。

以上所揭露的仅为本申请一些优选的实施例，不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种骨骼树还原方法，其特征在于，包括：

确定场景节点树结构；

获取根节点，从所述根节点开始递归为每一节点建立索引及父子关系；

存储所述索引及父子关系在所述场景节点树结构中；

确定并存储每一节点在所述场景节点树结构中的高度值，判断是否具有共同祖先；

若具有共同祖先，利用深度遍历对节点进行排序，并还原骨骼树。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述场景节点树结构中的节点包括骨骼节点和蒙皮节点，骨骼节点包含蒙皮节点，蒙皮节点是骨骼节点的子集。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述骨骼节点包括第一骨骼节点和第二骨骼节点。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一骨骼节点包括参与skin的骨骼节点，所述参与skin的骨骼节点参与骨骼蒙皮算法，存放在所述蒙皮节点属性中；所述第二骨骼节点包括不参与skin的骨骼节点。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一骨骼节点属于场景节点树，不具备父子关系，根据参与skin的骨骼节点以及场景节点树结构，重建包括参与skin的骨骼节点的骨骼树。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述父子关系包括父节点与子节点，所述判断是否具有共同祖先具体包括：

根据所述高度值，利用并交集算法向上查找祖先节点；

当任意两个节点的高度值相同时，判断父节点是否相同，若父节点相同，确定两个节点为兄弟节点并具有共同祖先；

当任意两个节点的高度值不同时，判断父节点是否为兄弟节点，若任意两个节点的父节点为兄弟节点，确定具有共同祖先节点。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述并交集算法包括一种树型结构，用于处理不交集的合并及查询。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述蒙皮节点及参与skin的骨骼节点属于不交集，合并多个蒙皮节点下的多个不交集。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述父子关系包括父节点与子节点，所述还原骨骼树具体包括：

所述场景节点树包括父子关系的节点，根据每一不交集的父节点索引，向根行进直到底树根；

利用联合算法，将每一不交集的树根连接至另一不交集的树根，还原实际的骨骼树。

10.一个系统，其特征在于，包括：

一个存储器，被配置为存储数据及指令；

一个与存储器建立通信的处理器，其中，当执行存储器中的指令时，所述处理器被配置为：

确定场景节点树结构；

获取根节点，从所述根节点开始递归为每一节点建立索引及父子关系；

存储所述索引及父子关系在所述场景节点树结构中；

确定并存储每一节点在所述场景节点树结构中的高度值，判断是否具有共同祖先；

若具有共同祖先，利用深度遍历对节点进行排序，并还原骨骼树。

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