手机3D动画中基于导演知识库的摄像机规划

发布时间：2020-06-21 19:44

【摘要】：20世纪90年代,中国科学院陆汝钤院士提出全过程计算机辅助动画自动生成技术,该技术将人工智能和计算机动画技术进行创造性的融合,以计算机图形学作为技术支撑实现3D动画的自动创作过程。随着手机通讯工具的推广普及,中科院研究员张松懋老师在2008年提出将全过程计算机辅助动画自动生成技术应用到手机短信载体上,并带领实验室课题组设计实现了手机3D动画自动生成系统。该系统接收发送方短信后,先后经过短信主题信息抽取、定性情节规划、定量动画计算、动画渲染四部分处理,最终生成与短信内容相符的3D动画片发送给短信接收方。虚拟摄像机运动规划是手机3D动画系统中必不可少的一项重要功能,包括定性规划和定量计算两大部分。摄像机定性规划模块在定性情节规划的基础上,完成拍摄目标的选取和镜头拍摄属性的规划;摄像机定量计算模块在定量动画计算得到人物、布局、动作、灯光等动画数据的基础上设计无障碍的拍摄路径,向观众呈现场景中的主要内容,以达到表现短信主题的目的。摄像机运动规划的研究是手机3D动画自动生成课题中的难点和重点。手机3D动画自动生成系统的原版摄像机规划中,随机生成的拍摄手法与短信主题联系不够紧密,针对这个问题,本文首次提出基于导演知识库的摄像机定性分层规划:第一层以系统定性情节规划输出为基础,根据原语规则推理得到对应动画场景主题内容的拍摄手法;第二层基于上层得到的拍摄手法完成镜头组合的选择任务。以摄影领域成熟的理论研究作为背景,基于语义网技术构建的摄像机导演知识库分为本体库和规则库两部分,本体库定义摄像机拍摄手法的分类及其各种属性,规则库体现摄影领域在不同场景下使用的拍摄规则。目前系统设计了效果较为理想的13条高级摄影原语,实现了与高级摄影原语相对应的27种镜头属性规则具体方案。在摄像机运动规划定量计算部分,本文设计并实现了基于八叉树的摄像机全局路径规划。采用八叉树结构对场景进行划分,给出了场景生成树算法来自动标注场景的障碍物和可规划自由空间,并建立场景中自由节点的面邻接图。给出了基于邻接图的路径搜索算法,根据摄像机定性规划参数选择较优的路径,最终生成平滑连续、无障碍的摄像机拍摄路径。选取手机3D动画自动生成系统从2017年12月到2018年4月接收的618条短信进行性能评估实验。其中成功执行基于导演知识库的摄像机规划的短信占所有短信的66.18%,说明构建的导演本体库和规则库可以实现摄像机定性规划中超过一半以上的短信数据覆盖,从而有效提高对于短信主题的表达能力。618条短信中执行摄像机全局路径规划短信有326条,占所有短信的52.75%,表明摄像机全局路径规划的有效性。摄像机运动规划观赏性实验中观众对动画指标“动画整体效果较为满意”、“拍摄目标明确”、“拍摄目标未被遮挡”和“拍摄路径流畅”效果的综合评价达到3.88分(五分制),表明摄像机全局路径规划有利于摄像机在运动路径中避障问题的解决并生成平滑稳定的摄像机拍摄路径。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;TN948.41

【参考文献】

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本文编号：2724542