基于运动隐喻的大规模群体表演动画方法研究

In mass performance or movie industry, many macro-features are exhibited by crowd motion. This kind of crowd animation is different from the autonomous ones. We refer to it as mass performance animation, whose aim is to perform. There are two challenging problems. One is how to intuitively express the director’s design in a terse form. Another one is how to edit and control the mass actors’ motion in a flexible and efficient way. Although there are several existing methods for crowd motion control, each method was designed for a given purpose and can only synthesis one special kind of crowd motion. They could not satisfy various requirements in the animation design. Moreover, when the crowd becomes lager, the amount of human-computer interaction becomes huge.. In this project, the metaphor theory is introduced in crowd performance animation to synthesize a large-scale crowd performance by a small group performance. We first focus on the theory of metaphor between a small group and a large crowd; According to the theory, we investigate the method for automatic synthesis large-scale crowd performance animation with motion metaphor, to transform the motion from a small group to a large crowd. We try to propose a systemic theory for crowd motion metaphor and make a prototype system for large-scale crowd performance animation..

与一般人群运动不同，在影视和大型团体表演活动中的群体，其运动需要听从导演指挥，群体运动的目的是表演。与之相应的动画，我们称之为群体表演动画。在群体表演动画合成过程中，需要以一定形式表达设计者的创作意图，并通过技术手段实现对虚拟群体运动的控制，让他们“听从导演指挥，完成导演意图”。已有的群体运动控制方法，均针对某种特定的需求而提出的，只能合成某一类特定的表演运动，无法满足实际应用中变化多样的创作需求。而且随着群体规模的增加，需要大量的手工交互。. 本项目拟引入当代隐喻理论，研究由小规模群体（喻体）表演动画生成大规模群体（本体）表演动画的理论与方法，实现群体表演动画 “由少到多”的自动生成。重点研究小规模喻体和大规模本体间的运动隐喻关系的表示理论与建立方法，基于运动隐喻的大规模本体表演动画自动合成，形成系统的群体运动隐喻理论，实现万人级群体表演动画的高效编辑与快速合成。

群体动画技术可以模拟成千上万角色的运动，在计算机生成空间中描绘波澜壮阔的三维群体运动场面，在虚拟演练与表演、影视特效制作、游戏娱乐和传承非物质文化遗产等众多方面都有着广阔的应用前景。因此，对群体表演动画合成方法的研究具有很大的应用价值和现实意义。.本文以快速合成高真实感的大规模群体表演动画为研究目标，以小规模群体表演动画为实例数据，研究如何实现“由少到多”的利用实例数据来驱动合成大规模群体表演动画。重点对小规模和大规模群体表演动画之间群体运动演绎关系的理论模型、多约束的群体表演轨迹传输等关键技术进行了深入的研究，并取得如下研究成果。：.1. 提出一种运动特征相似的小规模和大规模群体表演动画之间群体运动演绎关系的建立方法.我们提出了一种新的理论模型--群体运动对偶图模型，该模型不仅能够诠释小规模群体表演动画和大规模群体表演动画之间潜在的群体运动演绎关系，而且能够形式化地表示群体表演运动信息的时空变化，进而将群体动画设计者在小规模群体表演动画上所体现出的创作意图传递到大规模群体上，实验结果证明了该模型能够验证我们提出的方法是可行的和有效的。.2. 提出了一种多约束的大规模群体表演轨迹传输演绎方法.基于群体运动对偶图，能够将小规模群体表演动画中所蕴含的时空变化信息传输到大规模群体上，也就是说能够将动画设计者在小规模群体表演动画上创作意图传递到大规模群体上，然而第一章的研究结果表明，由于这两类群体队形结构固有的差异性，这种意图并不能完美的在大规模群体上呈现出来。针对这些问题，我们在本文提出了一种多约束的群体表演轨迹时空传输演绎方法，把动画设计者的创作意图以约束的形式表示出来，进而把群体表演轨迹的时空传输演绎问题转化成一个多约束最优化模型，求解该问题能得到大规模群体的表演轨迹，同时该模型融入动画设计者的诸多要求，最终实现了对大规模群体的灵活编辑和控制。