CN116883624B - 骨骼快速绑定方法和装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种骨骼快速绑定方法和装置、电子设备及存储介质，方法包括：对于骨骼系统中的每一个骨骼，确定第一网格模型上的目标顶点，或者目标顶点和比例系数，其中，所述目标顶点与该骨骼的位置存在预设位置关系，所述比例系数根据所述目标顶点确定；根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，根据所述骨骼绑定位置对第二网格模型进行骨骼绑定，其中，所述第一网格模型与第二网格模型的拓扑结构相同，通过该方案能够提高对网格模型进行骨骼绑定的准确性和效率。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种骨骼快速绑定方法和装置、电子设备及存储介质。
背景技术
随着计算机图形技术的发展，游戏影视互动媒体行业中虚拟数字人的应用越远越广泛。现有技术中通过对网格模型（mesh）进行处理生成虚拟数字人。通过将网格模型和骨骼系统进行绑定，当驱动骨骼系统中的骨骼运动时，能够带动网格模型中相应的区域进行运动，从而使虚拟数字人做出相应的表情/动作。
但是现有技术是通过人工对网格模型和骨骼系统进行绑定，绑定的准确性和效率不高。
发明内容
综上，本申请实施例提供一种骨骼快速绑定方法和装置、电子设备及存储介质，能够提高对网格模型进行骨骼绑定的准确性和效率。
第一方面，本申请实施例提供了一种骨骼快速绑定方法，包括：
对于骨骼系统中的每一个骨骼，确定第一网格模型上的目标顶点，或者目标顶点和比例系数，其中，所述目标顶点与该骨骼的位置存在预设位置关系，所述比例系数根据所述目标顶点确定；
根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，根据所述骨骼绑定位置对第二网格模型进行骨骼绑定，其中，所述第一网格模型与第二网格模型的拓扑结构相同。
第二方面，本申请实施例还提供了一种骨骼快速绑定装置，包括：
确定单元，用于对于骨骼系统中的每一个骨骼，确定第一网格模型上的目标顶点，或者目标顶点和比例系数，其中，所述目标顶点与该骨骼的位置存在预设位置关系，所述比例系数根据所述目标顶点确定；
绑定单元，用于根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，根据所述骨骼绑定位置对第二网格模型进行骨骼绑定，其中，所述第一网格模型与第二网格模型的拓扑结构相同。
第三方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如第一方面所述的骨骼快速绑定方法的步骤。
第四方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如第一方面所述的骨骼快速绑定方法的步骤。
综上，本申请实施例提供的骨骼快速绑定和装置、电子设备及存储介质，首先对于骨骼系统中的每一个骨骼，确定第一网格模型上与该骨骼的位置存在预设位置关系的顶点作为目标顶点，或者确定第一网格模型上与该骨骼的位置存在预设位置关系的顶点作为目标顶点，并根据目标顶点确定比例系数；然后根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，根据各个骨骼的骨骼绑定位置进行骨骼绑定，相较于通过人工方式进行骨骼绑定的现有技术，本方案能够提高对网格模型进行骨骼绑定的准确性和效率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种骨骼快速绑定方法的流程示意图；
图2为一个悬空骨骼对应的第三顶点和第四顶点的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种骨骼快速绑定装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
另外，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。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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，本申请实施例中将会用到术语“包括”，用于指出其后所声明的特征的存在，但并不排除增加其它的特征。
参照图1所示，为本申请实施例提供的一种骨骼快速绑定方法，包括：
S10、对于骨骼系统中的每一个骨骼，确定第一网格模型上的目标顶点，或者目标顶点和比例系数，其中，所述目标顶点与该骨骼的位置存在预设位置关系，所述比例系数根据所述目标顶点确定；
本发明实施例中，需要说明的是，骨骼系统可以是整个标准人体骨骼系统，也可以是整个标准人体骨骼系统中的面部骨骼系统、身体骨骼系统等部分骨骼系统。第一网格模型是原始模型。在执行步骤S10之前，需要将第一网格模型和骨骼系统绑定，并存储各个骨骼的位置。在执行步骤S10时，对于骨骼系统中的每一个骨骼，基于该骨骼的位置确定第一网格模型（原始模型）上的目标顶点，或者目标顶点和比例系数。
S11、根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，根据所述骨骼绑定位置对第二网格模型进行骨骼绑定，其中，所述第一网格模型与第二网格模型的拓扑结构相同。
本发明实施例中，需要说明的是，第二网格模型是原始模型。第一网格模型和第二网格模型需要具有相同的拓扑结构，其中，拓扑结构相同指的是网格模型的顶点数量和顶点序号一致，比如均使用运行时面部绑定评估解算系统Rig Logic采用的基于面部运动编码系统(Facial Action Coding System，FACS)表情的标准拓扑结构。
可以理解的是，对于每一个骨骼，在确定出该骨骼对应的目标顶点，或者目标顶点和比例系数后，可以基于该骨骼对应的目标顶点，或者目标顶点和比例系数确定该骨骼的骨骼绑定位置。这样，对于每一个骨骼，均可以确定出相应的骨骼绑定位置。在所有骨骼的骨骼绑定位置均确定出来后，可以利用确定出的骨骼绑定位置更新第一网格模型的骨骼绑定位置，之后可以采用两种方式进行骨骼绑定：方式一为替换原始模型，即利用第二网格模型替换第一网格模型，从而实现对第二网格模型进行骨骼绑定；方式二为传统绑定，即根据所述骨骼绑定位置对第二网格模型进行骨骼绑定，并移除所述第一网格模型。
本申请实施例提供的骨骼快速绑定方法，首先对于骨骼系统中的每一个骨骼，确定第一网格模型上与该骨骼的位置存在预设位置关系的顶点作为目标顶点，或者确定第一网格模型上与该骨骼的位置存在预设位置关系的顶点作为目标顶点，并根据目标顶点确定比例系数；然后根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，根据各个骨骼的骨骼绑定位置进行骨骼绑定，相较于通过人工方式进行骨骼绑定的现有技术，本方案能够提高对网格模型进行骨骼绑定的准确性和效率。
在前述方法实施例的基础上，所述对于骨骼系统中的每一个骨骼，确定第一网格模型上的目标顶点，或者目标顶点和比例系数，可以包括：
对于吸附骨骼，确定顶点a1，其中，所述顶点a1为所述第一网格模型上所述吸附骨骼的控制区域内距离所述吸附骨骼最近的顶点；和/或
对于悬空骨骼，确定顶点b1、顶点c1和第一比例系数，其中，所述顶点b1和顶点c1为所述第一网格模型上的顶点，所述第一比例系数的值为所述顶点b1、顶点c1和悬空骨骼组成的线段中两个线段长度的比值，所述悬空骨骼到所述顶点b1和顶点c1构成的直线的距离小于预设的距离阈值；和/或
对于悬空骨骼，确定顶点d1和第二比例系数，其中，所述顶点d1为所述第一网格模型上距离交点最近的顶点，所述交点为过所述悬空骨骼和所述悬空骨骼的父骨骼的直线与所述第一网格模型的交点，所述第二比例系数的值为所述顶点d1、悬空骨骼和父骨骼组成的线段中两个线段长度的比值。
本发明实施例中，需要说明的是，吸附骨骼可以为骨骼系统中直接吸附或近似吸附在第一网格模型的某个顶点上的骨骼。对于每一个吸附骨骼，均可以在第一网格模型上该吸附骨骼的控制区域内找到距离其最近的顶点（即顶点a1）。之后可以将第二网格模型上序号与顶点a1序号相同的顶点a2的位置作为该吸附骨骼的骨骼绑定位置。在本实施例实施之前，可以使用不改变形状的细分方式将第一网格模型细分至少两次提高顶点密度，这样在查找顶点a1时，可以基于吸附骨骼的世界位置查找到吸附骨骼的控制区域内与其距离非常小的顶点a1。
悬空骨骼可以为骨骼系统中距离第一网格模型表面较远的骨骼。对于每一个悬空骨骼，均可以在第一网格模型上找到两个顶点（即顶点b1和顶点c1），使悬空骨骼位于或近似位于顶点b1和顶点c1连成的直线上。具体寻找顶点b1和顶点c1的方法可以包括：首先在第一网格模型上找一个顶点作为顶点b1，之后在第一网格模型上再找一个顶点作为顶点c1，通过观察悬空骨骼与顶点b1和顶点c1连成的直线的位置关系来调整顶点c1，直至悬空骨骼位于或近似位于顶点b1和顶点c1连成的直线上，此时即可找到顶点c1。为了提高骨骼绑定的准确性，可以对顶点b1和顶点c1的寻找过程进行优化，比如，顶点b1可以选择第一网格模型上距离悬空骨骼较近的一个顶点、寻找关于第一网格模型的对称平面对称的两个顶点作为顶点b1和顶点c1、使顶点b1和顶点c1连成的直线尽量与顶点b1和顶点c1中一个顶点的顶点法线方向平行等等。如图2所示为一个悬空骨骼对应的顶点b1和顶点c1的示意图，图2中，悬空骨骼位于A点。
在确定出顶点b1和顶点c1后，可以基于顶点b1、顶点c1和悬空骨骼的位置确定第一比例系数，其中，可以在悬空骨骼位于顶点b1和顶点c1构成的线段内时，设置第一比例系数为正数，在悬空骨骼位于顶点b1和顶点c1构成的线段外时，设置第一比例系数为负数；或者可以在悬空骨骼位于顶点b1和顶点c1构成的线段内时，设置第一比例系数为负数，在悬空骨骼位于顶点b1和顶点c1构成的线段外时，设置第一比例系数为正数。而第一比例系数的值可以为顶点b1、顶点c1和悬空骨骼组成的线段中任意两个线段长度的比值。图2中，A点位于b1和c1构成的线段内（即过A点且与b1和c1连成的直线垂直的直线与b1和c1连成的直线的交点C位于b1和c1构成的线段内），第一比例系数可以为正数，值可以为b1A/b1c1、c1A/b1c1或b1A/c1A，需要注意的是，如果悬空骨骼位于B点（此时B点位于b1和c1构成的线段外，即过B点且与b1和c1连成的直线垂直的直线与b1和c1连成的直线的交点位于b1和c1构成的线段外），则第一比例系数可以为负数。
之后可以确定第二网格模型上序号分别与顶点b1和顶点c1的序号相同的顶点b2和顶点c2，根据顶点b2的位置、顶点c2的位置和第一比例系数确定顶点b2和顶点c2连成的直线上的一个位置作为该悬空骨骼的骨骼绑定位置。参照图2说明该悬空骨骼的骨骼绑定位置的确定方法，图2中，假设第一比例系数为b1A/b1c1，b2和c2为第二网格模型上的两个顶点，b2与b1的序号相同，c2与c1的序号相同，则骨骼绑定位置为D点所在位置，则D位于b2和c2构成的线段内，且b2D/b2c2=b1A/b1c1。
对于悬空骨骼，除了前述实施例中的顶点、比例系数收集、骨骼绑定位置确定的方案外，还可以采用如下的方案进行数据收集和位置确定：对于每一个悬空骨骼（该悬空骨骼需要有父骨骼），均可以构造过该悬空骨骼和其父骨骼的直线，记第一网格模型上距离该直线与第一网格模型的交点最近的顶点为顶点d1，则可以基于顶点d1、悬空骨骼和父骨骼的位置确定第二比例系数，其中，第二比例系数的正负和数值与前述实施例中确定第一比例系数的方法一致（顶点d1和父骨骼可以分别对应顶点b1和顶点c1），此处不再赘述。
之后可以确定第二网格模型上序号与顶点d1的序号相同的顶点d2，根据顶点d2的位置、悬空骨骼的父骨骼的位置和第二比例系数确定顶点d2和父骨骼连成的直线上的一个位置作为该悬空骨骼的骨骼绑定位置，其中，该骨骼绑定位置的确定方法与前一实施例中悬空骨骼的骨骼绑定位置确定方法一致，此处不再赘述。
需要说明的是，在数据收集时，可以根据需要选择本实施例所述的确定d1的方法或前一实施例所述的确定顶点b1和顶点c1的方法，比如在悬空骨骼位于第一网格模型外部时，可以优先使用本实施例所述的确定d1的方法；在悬空骨骼位于第一网格模型内部时，可以选择本实施例所述的确定d1的方法或前一实施例所述的确定顶点b1和顶点c1的方法。再比如，可以优先选择本实施例所述的确定d1的方法，在本实施例所述的确定d1的方法不适合实施（比如顶点d1与悬空骨骼的位置较远）时，可以选择前一实施例所述的确定顶点b1和顶点c1的方法。需要说明的是，如果对某一个悬空骨骼使用本实施例所述的确定d1的方法进行数据收集，则收集时该悬空骨骼的父骨骼的位置需要更新为父骨骼的骨骼绑定位置（第二网格模型在该骨骼绑定位置绑定该父骨骼）。
可以理解的是，上述实施例中收集骨骼系统中各个骨骼对应的目标顶点，或者目标顶点和比例系数时可以从root根骨骼开始，按照从父到子的方向顺序进行收集，并使用类似Python中的字典dictionary的方式通过数组存储收集的数据，在对第二网格模型进行骨骼绑定时，则可以从root根骨骼开始，按照从父到子的方向顺序进行绑定。如果第二网格模型关于对称平面对称，则可以仅收集一侧和中轴的数据，另一侧的数据可以直接对一侧的数据进行镜像获得。如果某一个骨骼是位于中轴上的骨骼，但该骨骼对应的目标顶点的x轴坐标不为0，则可以将其调整为0。
参照图3所示，为本申请实施例提供的一种骨骼快速绑定装置，包括：
确定单元30，用于对于骨骼系统中的每一个骨骼，确定第一网格模型上的目标顶点，或者目标顶点和比例系数，其中，所述目标顶点与该骨骼的位置存在预设位置关系，所述比例系数根据所述目标顶点确定；
绑定单元31，用于根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，根据所述骨骼绑定位置对第二网格模型进行骨骼绑定，其中，所述第一网格模型与第二网格模型的拓扑结构相同。
本申请实施例提供的骨骼快速绑定装置，首先对于骨骼系统中的每一个骨骼，借助于确定单元30确定第一网格模型上与该骨骼的位置存在预设位置关系的顶点作为目标顶点，或者确定第一网格模型上与该骨骼的位置存在预设位置关系的顶点作为目标顶点，并根据目标顶点确定比例系数；然后借助于绑定单元31根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，根据各个骨骼的骨骼绑定位置进行骨骼绑定，相较于通过人工方式进行骨骼绑定的现有技术，本方案能够提高对网格模型进行骨骼绑定的准确性和效率。
在前述装置实施例的基础上，所述确定单元，用于：
对于吸附骨骼，确定顶点a1，其中，所述顶点a1为所述第一网格模型上所述吸附骨骼的控制区域内距离所述吸附骨骼最近的顶点；和/或
对于悬空骨骼，确定顶点b1、顶点c1和第一比例系数，其中，所述顶点b1和顶点c1为所述第一网格模型上的顶点，所述第一比例系数的值为所述顶点b1、顶点c1和悬空骨骼组成的线段中两个线段长度的比值，所述悬空骨骼到所述顶点b1和顶点c1构成的直线的距离小于预设的距离阈值；和/或
对于悬空骨骼，确定顶点d1和第二比例系数，其中，所述顶点d1为所述第一网格模型上距离交点最近的顶点，所述交点为过所述悬空骨骼和所述悬空骨骼的父骨骼的直线与所述第一网格模型的交点，所述第二比例系数的值为所述顶点d1、悬空骨骼和父骨骼组成的线段中两个线段长度的比值。
本申请实施例提供的骨骼快速绑定装置，其实现过程与本申请实施例提供的骨骼快速绑定方法一致，所能达到的效果也与本申请实施例提供的骨骼快速绑定方法相同，在此不再赘述。
如图4所示，本申请实施例提供的一种电子设备，包括：处理器40、存储器41和总线42，所述存储器41存储有所述处理器40可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器40与所述存储器41之间通过总线42通信，所述处理器40执行所述机器可读指令，以执行如上述骨骼快速绑定方法的步骤。
具体地，上述存储器41和处理器40能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器40运行存储器41存储的计算机程序时，能够执行上述骨骼快速绑定方法。
对应于上述骨骼快速绑定方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述骨骼快速绑定方法的步骤。
以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种骨骼快速绑定方法，其特征在于，包括：
对于骨骼系统中的每一个骨骼，确定第一网格模型上的目标顶点，或者目标顶点和比例系数，其中，所述目标顶点与该骨骼的位置存在预设位置关系，所述比例系数根据所述目标顶点确定；
根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，根据所述骨骼绑定位置对第二网格模型进行骨骼绑定，其中，所述第一网格模型与第二网格模型的拓扑结构相同。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对于骨骼系统中的每一个骨骼，确定第一网格模型上的目标顶点，或者目标顶点和比例系数，包括：
对于吸附骨骼，确定顶点a1，其中，所述顶点a1为所述第一网格模型上所述吸附骨骼的控制区域内距离所述吸附骨骼最近的顶点；和/或
对于悬空骨骼，确定顶点b1、顶点c1和第一比例系数，其中，所述顶点b1和顶点c1为所述第一网格模型上的顶点，所述第一比例系数的值为所述顶点b1、顶点c1和悬空骨骼组成的线段中两个线段长度的比值，所述悬空骨骼到所述顶点b1和顶点c1构成的直线的距离小于预设的距离阈值；和/或
对于悬空骨骼，确定顶点d1和第二比例系数，其中，所述顶点d1为所述第一网格模型上距离交点最近的顶点，所述交点为过所述悬空骨骼和所述悬空骨骼的父骨骼的直线与所述第一网格模型的交点，所述第二比例系数的值为所述顶点d1、悬空骨骼和父骨骼组成的线段中两个线段长度的比值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，包括：
确定第二网格模型上的顶点a2，将所述顶点a2的位置作为所述吸附骨骼的骨骼绑定位置，其中，所述顶点a2与顶点a1的序号相同。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，包括：
确定第二网格模型上的顶点b2和顶点c2，根据所述顶点b2的位置、顶点c2的位置和第一比例系数确定所述悬空骨骼的骨骼绑定位置，其中，所述顶点b2与顶点b1的序号相同，所述顶点c2与所述顶点c1的序号相同。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，包括：
确定第二网格模型上的顶点d2，根据所述顶点d2的位置、所述悬空骨骼的父骨骼的位置和第二比例系数确定所述悬空骨骼的骨骼绑定位置，其中，所述顶点d2与顶点d1的序号相同。
6.如权利要求2至5任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述骨骼绑定位置对第二网格模型进行骨骼绑定，包括：
利用所述骨骼绑定位置更新所述第一网格模型的骨骼绑定位置；
利用所述第二网格模型替换所述第一网格模型；或者
根据所述骨骼绑定位置对第二网格模型进行骨骼绑定，并移除所述第一网格模型。
7.一种骨骼快速绑定装置，其特征在于，包括：
确定单元，用于对于骨骼系统中的每一个骨骼，确定第一网格模型上的目标顶点，或者目标顶点和比例系数，其中，所述目标顶点与该骨骼的位置存在预设位置关系，所述比例系数根据所述目标顶点确定；
绑定单元，用于根据所述目标顶点的位置，或者目标顶点的位置和比例系数确定各个骨骼的骨骼绑定位置，根据所述骨骼绑定位置对第二网格模型进行骨骼绑定，其中，所述第一网格模型与第二网格模型的拓扑结构相同。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定单元，用于：
对于吸附骨骼，确定顶点a1，其中，所述顶点a1为所述第一网格模型上所述吸附骨骼的控制区域内距离所述吸附骨骼最近的顶点；和/或
对于悬空骨骼，确定顶点b1、顶点c1和第一比例系数，其中，所述顶点b1和顶点c1为所述第一网格模型上的顶点，所述第一比例系数的值为所述顶点b1、顶点c1和悬空骨骼组成的线段中两个线段长度的比值，所述悬空骨骼到所述顶点b1和顶点c1构成的直线的距离小于预设的距离阈值；和/或
对于悬空骨骼，确定顶点d1和第二比例系数，其中，所述顶点d1为所述第一网格模型上距离交点最近的顶点，所述交点为过所述悬空骨骼和所述悬空骨骼的父骨骼的直线与所述第一网格模型的交点，所述第二比例系数的值为所述顶点d1、悬空骨骼和父骨骼组成的线段中两个线段长度的比值。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至6任一项所述的骨骼快速绑定方法的步骤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如权利要求1至6任一项所述的骨骼快速绑定方法的步骤。
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