CN116433811A - 一种虚拟3d角色的骨骼智能设计系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，涉及计算机辅助设计领域。该虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，包括模型部位提取模块、最大包容长方体建立模块、估算关节点建立模块、自动匹配模块、可视化骨骼编辑模块、动作提取模块、动作绑定测试模块七大子系统，模型部位提取模块负责提取现有模型身体部位；最大包容长方体建立模块负责将模型身体部位简化成长方体；估算关节点建立模块负责将长方体相交的位置设定为估算关节点；自动匹配模块负责将估算关节点一一对应到标准骨架模板的关节点上。采用简化处理与模板自动匹配使得骨骼设计更加快速方便，并且能更加符合所需的虚拟3D角色，使其动作更加自然流畅。
Description
技术领域
本发明涉及计算机辅助设计技术领域，具体为一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统。
背景技术
目前随着科技发展，虚拟角色在演唱会、直播、社交媒体等领域广泛应用，为其创造了移动互联网等众多新的应用场景和需求，线上社交需求越来越大，虚拟人的应用场景日益丰富，因此如何流畅，自然地展示虚拟人动作就十分重要。
传统的虚拟角色制作需要先通过动作捕捉技术，即借由穿戴昂贵复杂的专业设备的演员，在特定的拍摄空间中进行表演，不仅成本高昂，制作周期长，同时对空间有较大需求，在面对大量虚拟角色一同存在的场景，如果以群演来进行动作获取，则会耗费极大的人力物力，若由动画制作，则工期较长，而采用程序化动作生成，则受限于技术原因，导致结果不够真实，常常会出现穿模等违反物理规律的情况发生，目前若想使虚拟3D角色的动作更加自然真实，则需要先确定角色的骨骼，通过对骨骼的运动约束来确保虚拟3D角色的运动更加流畅真实，目前常见的骨骼设计系统通过先将骨骼数据，如图片等放入软件中，通过软件计算骨骼运动范围，之后通过手动调整骨骼运动范围并绑定骨骼运动动画，才能使骨骼运行无出错，但手动调整骨骼就十分耗费时间。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，解决了目前虚拟3D角色的骨骼设计较为耗时的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，包括模型部位提取模块、最大包容长方体建立模块、估算关节点建立模块、自动匹配模块、可视化骨骼编辑模块、动作提取模块、动作绑定测试模块七大子系统，模型部位提取模块负责提取现有模型身体部位；最大包容长方体建立模块负责将模型身体部位简化成长方体；估算关节点建立模块负责将长方体相交的位置设定为估算关节点；自动匹配模块负责将估算关节点一一对应到标准骨架模板的关节点上；可视化骨骼编辑模块负责将匹配完成的关节点进行微调纠错；动作提取模块负责将视频中人体的动作提取出来；动作绑定测试模块负责将动作提取模块提取出的人物动作与可视化骨骼编辑模块编辑完成的骨骼进行绑定测试；
所述模型部位提取模块负责将虚拟3D角色现有的身体部位提取出来，包括身体的各个活动部位，并将该信息传递给最大包容长方体建立模块，便于进行最大包容长方体的建立，模型部位提取模块利用电脑软件图像识别，并通过大数据分析确定身体位置后，对身体部位的体积、交界点进行提取。
通过上述技术方案，可以简化骨骼设计步骤，由虚拟3D角色外部模型直接提取内部骨骼初始结构，使其更加匹配。
优选的，所述最大包容长方体建立模块负责建立最大包容长方体，其将模型部位提取模块提取的数据转化为最大包容长方体，使模型部位提取模块提取的身体部位的体积转化为近似的长方体，这个长方体内能完整包容某一具体的身体部件，并将该数据覆盖在原有虚拟3D角色身上发送给估算关节点建立模块。
通过上述技术方案，可以简化骨骼设计中数据处理问题，提高设计效率，使复杂的人体部件转化为简单的长方体，并通过长方体完整包容的设置，使骨骼与骨骼之间存在相交区域，避免长方体与长方体之间不相交，使估算关节点建立失败。
优选的，所述估算关节点建立模块负责将最大包容长方体建立模块所提供的数据进行分析，寻找其中长方体之间的交集，并将这些交集确定为新的立方体，随后确定立方体中心位置，将立方体中心位置确立为估算关节点，并将估算关节点按最大包容长方体的走向连接起来，形成初始骨骼。
通过上述技术方案，可以进行快速关节点建立，不需要人手动确定活动关节所处位置，并且使骨骼更加匹配虚拟3D模型。
优选的，所述自动匹配模块负责提供基础标准骨架，通过标准骨架来为初始骨骼提供参考点，基础标准骨架由关节和骨骼段组成，通过将初始骨骼与标准骨架相对比来对初始骨骼进行初步匹配，将初始骨骼中的估算关节点匹配到标准骨架上，之后将数据传递给可视化骨骼编辑模块。
通过上述技术方案，可以对活动关节所处位置进行快速确定，与标准骨架相对比，可以提高活动关节位置之间相对空间位置的准确性，使活动关节更加精确，避免由于长方体之间交集范围过大，导致立方体中心点位于身体之外，违反人体规律。
优选的，所述可视化骨骼编辑模块负责将初步完成匹配的骨骼进行编辑，对于偏差过大的关节点进行手动调整，通过分别对关节点的XYZ轴空间位置进行调整，使关节点能够准确匹配到标准骨架上。
优选的，动作提取模块负责将视频中人体的动作提取出来，并将其由二维平面动作转化为三维空间立体动作，通过对视频中人物全身身体部位的运动进行分析，从而判断身体部件的空间位置，并将身体其简化为点与点之间的线段，为动作绑定测试模块提供数据。
优选的，所述动作绑定测试模块负责将动作提取模块提取出的简化动作与初步完成编辑的骨骼进行匹配，并使骨骼按照动作进行运动，以检测有无错误干涉，若有则返回可视化骨骼编辑模块进行再编辑，若无则输出成型骨骼。
通过上述技术方案，可以对初步建立的骨骼进行模拟测试，以方便确立关节点的运动自由度，避免出现反关节等不符合人体规律的情况发生，使骨骼运动更加自然、流畅。
(三)有益效果
本发明提供了一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统。具备以下有益效果：
虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，通过计算机视觉技术对于系统工作流程的改进，减少了人工重复繁琐的劳动，将骨骼设计与视频动作比对，方便进行纠错，消除了人工反复调整所消耗的时间，系统通过将表面模型和网格模型计算得到的各部位的最大包容长方体，将长方体与长方体之间的交界处确定为估算关节点，通过估算关节点与骨架模板进行匹配，可以使匹配骨架的准确率大大提高，之后采用可视化骨架编辑进行微调，以确保正确的虚拟骨架位置，从而大大提高了骨架设计的效率，而通过基于视频的虚拟角色动作驱动，可以使之后的虚拟3D角色的运动更加自然真实。
附图说明
图1为本发明虚拟3D角色的骨骼智能设计系统的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，包括模型部位提取模块、最大包容长方体建立模块、估算关节点建立模块、自动匹配模块、可视化骨骼编辑模块、动作提取模块、动作绑定测试模块七大子系统，模型部位提取模块负责提取现有模型身体部位；最大包容长方体建立模块负责将模型身体部位简化成长方体；估算关节点建立模块负责将长方体相交的位置设定为估算关节点；自动匹配模块负责将估算关节点一一对应到标准骨架模板的关节点上；可视化骨骼编辑模块负责将匹配完成的关节点进行微调纠错；动作提取模块负责将视频中人体的动作提取出来；动作绑定测试模块负责将动作提取模块提取出的人物动作与可视化骨骼编辑模块编辑完成的骨骼进行绑定测试；
所述模型部位提取模块负责将虚拟3D角色现有的身体部位提取出来，包括身体的各个活动部位，并将该信息传递给最大包容长方体建立模块，便于进行最大包容长方体的建立，模型部位提取模块利用电脑软件图像识别，并通过大数据分析确定身体位置后，对身体部位的体积、交界点进行提取。
所述最大包容长方体建立模块负责建立最大包容长方体，其将模型部位提取模块提取的数据转化为最大包容长方体，使模型部位提取模块提取的身体部位的体积转化为近似的长方体，这个长方体内能完整包容某一具体的身体部件，并将该数据覆盖在原有虚拟3D角色身上发送给估算关节点建立模块。
所述估算关节点建立模块负责将最大包容长方体建立模块所提供的数据进行分析，寻找其中长方体之间的交集，并将这些交集确定为新的立方体，随后确定立方体中心位置，将立方体中心位置确立为估算关节点，并将估算关节点按最大包容长方体的走向连接起来，形成初始骨骼。
所述自动匹配模块负责提供基础标准骨架，通过标准骨架来为初始骨骼提供参考点，基础标准骨架由关节和骨骼段组成，通过将初始骨骼与标准骨架相对比来对初始骨骼进行初步匹配，将初始骨骼中的估算关节点匹配到标准骨架上，之后将数据传递给可视化骨骼编辑模块。
所述可视化骨骼编辑模块负责将初步完成匹配的骨骼进行编辑，对于偏差过大的关节点进行手动调整，通过分别对关节点的XYZ轴空间位置进行调整，使关节点能够准确匹配到标准骨架上。
动作提取模块负责将视频中人体的动作提取出来，并将其由二维平面动作转化为三维空间立体动作，通过对视频中人物全身身体部位的运动进行分析，从而判断身体部件的空间位置，并将身体其简化为点与点之间的线段，为动作绑定测试模块提供数据。
所述动作绑定测试模块负责将动作提取模块提取出的简化动作与初步完成编辑的骨骼进行匹配，并使骨骼按照动作进行运动，以检测有无错误干涉，若有则返回可视化骨骼编辑模块进行再编辑，若无则输出成型骨骼。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，其特征在于：包括模型部位提取模块、最大包容长方体建立模块、估算关节点建立模块、自动匹配模块、可视化骨骼编辑模块、动作提取模块、动作绑定测试模块七大子系统，模型部位提取模块负责提取现有模型身体部位；最大包容长方体建立模块负责将模型身体部位简化成长方体；估算关节点建立模块负责将长方体相交的位置设定为估算关节点；自动匹配模块负责将估算关节点一一对应到标准骨架模板的关节点上；可视化骨骼编辑模块负责将匹配完成的关节点进行微调纠错；动作提取模块负责将视频中人体的动作提取出来；动作绑定测试模块负责将动作提取模块提取出的人物动作与可视化骨骼编辑模块编辑完成的骨骼进行绑定测试；
所述模型部位提取模块负责将虚拟3D角色现有的身体部位提取出来，包括身体的各个活动部位，并将该信息传递给最大包容长方体建立模块，便于进行最大包容长方体的建立，模型部位提取模块利用电脑软件图像识别，并通过大数据分析确定身体位置后，对身体部位的体积、交界点进行提取。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，其特征在于：所述最大包容长方体建立模块负责建立最大包容长方体，其将模型部位提取模块提取的数据转化为最大包容长方体，使模型部位提取模块提取的身体部位的体积转化为近似的长方体，这个长方体内能完整包容某一具体的身体部件，并将该数据覆盖在原有虚拟3D角色身上发送给估算关节点建立模块。
3.根据权利要求1所述的一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，其特征在于：所述估算关节点建立模块负责将最大包容长方体建立模块所提供的数据进行分析，寻找其中长方体之间的交集，并将这些交集确定为新的立方体，随后确定立方体中心位置，将立方体中心位置确立为估算关节点，并将估算关节点按最大包容长方体的走向连接起来，形成初始骨骼。
4.根据权利要求1所述的一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，其特征在于：所述自动匹配模块负责提供基础标准骨架，通过标准骨架来为初始骨骼提供参考点，基础标准骨架由关节和骨骼段组成，通过将初始骨骼与标准骨架相对比来对初始骨骼进行初步匹配，将初始骨骼中的估算关节点匹配到标准骨架上，之后将数据传递给可视化骨骼编辑模块。
5.根据权利要求1所述的一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，其特征在于：所述可视化骨骼编辑模块负责将初步完成匹配的骨骼进行编辑，对于偏差过大的关节点进行手动调整，通过分别对关节点的XYZ轴空间位置进行调整，使关节点能够准确匹配到标准骨架上。
6.根据权利要求1所述的一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，其特征在于：动作提取模块负责将视频中人体的动作提取出来，并将其由二维平面动作转化为三维空间立体动作，通过对视频中人物全身身体部位的运动进行分析，从而判断身体部件的空间位置，并将身体其简化为点与点之间的线段，为动作绑定测试模块提供数据。
7.根据权利要求1所述的一种虚拟3D角色的骨骼智能设计系统，其特征在于：所述动作绑定测试模块负责将动作提取模块提取出的简化动作与初步完成编辑的骨骼进行匹配，并使骨骼按照动作进行运动，以检测有无错误干涉，若有则返回可视化骨骼编辑模块进行再编辑，若无则输出成型骨骼。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117274449A (zh) * | 2023-11-15 | 2023-12-22 | 唯物(杭州)科技有限公司 | 一种基于模型生成骨骼的方法和系统 |
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