手机3D动画中摄像机运动与避障的自动生成

发布时间：2017-09-16 01:20

  本文关键词：手机3D动画中摄像机运动与避障的自动生成

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【摘要】：手机3D动画自动生成技术依托于陆汝钤院士提出的全过程计算机辅助动画自动生成技术,结合目前流行的3G乃至4G的移动通信技术,致力于改变传统手机短信单调、吸引力低的缺点。由此技术产生的手机3D动画自动生成系统,将发送方短信通过一系列的人工智能技术,转化为一段能够表现短信内容的三维动画,再将该动画转发给接受方。手机3D动画自动生成系统是以三维场景为基础的。其中,三维场景的摄像机规划是一个重要环节。三维动画所表现的画面内容是通过场景中摄像机的视图展示的,摄像机规划的优劣对最终生成的3D动画产生直接的影响。针对系统中的摄像机规划,一个好的摄像机展现的视图画面应该是连续有逻辑的,拍摄到最能表现短信内容的场景模型,并且躲避场景中影响视觉效果的障碍物。手机3D动画自动生成系统的摄像机规划已经有三个版本,本文在前两个版本的基础上进行基于摄影原语的摄像机运动方式规划和摄像机障碍物检测与规避,并且进行以拍摄目标可见性为客观条件的摄像机规划结果判断。主要工作包括两方面。1)基于摄影原语的摄像机运动规划。在手机动画系统中,首次基于摄影原语进行摄像机运动规划的设计与实现。设计手机动画的基本摄影原语,将运动规划的实现分为拍摄目标选取规划和运动方式选择规划。对情节规划得到的模型依据其对短信内容的表现形式和表现力度进行分类组合得到目标组,总结摄像机的运动方式组,对目标组选取不同的拍摄技术,对运动方式组进行细化描述,最终得到基本摄影原语,进行摄像机运动规划的定性描述。在定量实现部分,设计实现定性描述到定量数据的转换方式,进行定量实现的分步计算,完成摄像机运动定量计算。2)摄像机障碍物规避与目标可见性分析。在知识库中对模型进行三维信息的标注。对于每条短信实例的摄像机定性规划,将场景模型划分为拍摄目标与障碍物目标两类,结合立体几何知识与系统实际情况,首次设计并实现了摄像机视线对障碍物的检测方法与规避策略,采取包围盒的方式降低遮挡检测的复杂度,将三维干涉简化为二维相交进行判断,在发生遮挡的情况下对摄像机进行调整。通过对Maya摄像机参数进行分析计算,设计实现了一种目标可见性判断方法,根据三维空间中的摄像机位置与视觉中心坐标,逐个计算拍摄目标是否在摄像机拍摄范围内,并统计分析最终结果,对比分析结果与已经定义的标准,根据设计的策略进行摄像机调整。选取系统新版本更新后一年的实验数据进行统计分析。首先进行系统整体的实验,对1212条短信数据进行整体分析。然后针对本文的研究内容进行三方面的实验,分别是摄像机规划多样性实验、障碍物规避与可见性实验以及摄像机规划效果的开放性实验。摄像机规划多样性在十次实验中得到六次以上不同规划结果的概率达到88%;单帧的无遮挡率为95%,避障成功率为80%;单帧目标可见率为86%,不可见调整成功率为55.56%。开放性实验中,群众人员参与者凭自己的主观判断对选取的测试数据进行规定范围的评价,对动画的满意度达到了66.73%,而对摄像机遮挡的接受度达到了69.94%。本文针对手机动画系统,提出了基于摄影原语的摄像机运动规划,在定量实现部分设计实现摄像机障碍物检测与规避算法,并设计目标可见性判断方法进行客观判断。实验表明摄像机规划在摄像机运动与避障方面取得了较大的提高,可见性判断促进了定性规划与定量计算实现之间的联系。进一步的工作包括丰富知识库,设计多层次的摄像机原语,结合机器学习和统计方法支持系统摄像机规划的自动生成,以及设计实现表现短信深层含义的拍摄方式。
【关键词】：动画自动生成 摄像机规划 摄影原语 障碍物规避 目标可见性
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景与相关工作10-14
• 1.2 研究内容现状14-16
• 1.3 本文研究工作16-17
• 1.4 本文结构17-20
• 第2章 基于摄影原语的摄像机运动规划20-34
• 2.1 手机动画的基本摄影原语21-23
• 2.2 摄像机运动定性规划23-29
• 2.2.1 摄像机拍摄目标选取规划24-26
• 2.2.2 摄像机运动方式选择规划26-29
• 2.3 摄像机运动定量计算29-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第3章 摄像机障碍物规避与目标可见性分析34-50
• 3.1 障碍物标注34-35
• 3.2 障碍物检测与规避35-41
• 3.2.1 障碍物检测35-38
• 3.2.2 障碍物规避38-41
• 3.3 摄像机可见范围概述41-43
• 3.4 拍摄目标可见性分析与处理43-47
• 3.4.1 目标可见性分析44-46
• 3.4.2 目标不可见处理办法46-47
• 3.5 本章小结47-50
• 第4章 实验及结果分析50-60
• 4.1 系统概述50
• 4.2 系统实验及结果分析50-53
• 4.3 摄像机运动规划实验及结果分析53-59
• 4.3.1 摄像机规划多样性实验54-56
• 4.3.2 障碍物规避与目标可见性实验56-57
• 4.3.3 摄像机规划效果的开放性实验57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文66-68
• 致谢68

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本文编号：860046