基于数据的三维计算机动画理论与方法

计算机动画是动画片制作、影视特技、训练模拟、计算机游戏等应用领域的核心支撑技术。现有的三维计算机动画理论框架与方法在实现复杂模型与人体造型、柔性物体的运动、角色运动与衣服动画、复杂流体动画等方面，尚存在较大困难。当前，随着各种信息获取设备与计算资源的快速发展，我们已经可以获取或计算得到大量的样本模型或数据。本项目拟通过分析、学习与重用这些获取或计算的样本或数据，力图在复杂几何模型和个性化人体的高效真实感造型、物理模型的参数学习与快速求解、具有物理和视觉真实感的角色与衣服动画、风格化流体动画等关键问题的研究取得突破，建立基于数据驱动的三维计算机动画理论框架，并提出和实现相关算法，丰富和发展三维计算机动画的创作手段，为相关产业的发展提供关键技术支撑。

三维计算机动画是计算机图形学与艺术相结合的产物，广泛应用于影视特技、媒体创作、训练模拟、三维游戏等领域。针对其在制作效率、表现逼真度、多风格化等方面存在的问题，项目组围绕基于数据的建模、柔性体模拟、角色和布料动画、流体动画以及场景绘制等方面展开研究，取得了如下重要成果：.　　从数据分析、处理和合成的角度出发，提出了一个三维模型的高效重用理论框架及其关键技术，包括模型序列的拓扑修复和一致性处理、基于半监督学习的模型自动分割、测地线高效计算、多分枝模型的高效自然融合以及基于图像的模型生成等，实现了基于数据的复杂模型高效生成。从物理模型简化和视觉真实感的角度出发，提出了物理模拟—几何变形—关键帧插值相结合的柔性物体动画生成新框架，包括高质量网格化理论和方法、基于物理和关键帧插值的柔性体模拟和控制、线形和条带弹性体的快速模拟、实时精确自由变形等，克服了传统方法中参数估计、计算量大、交互不直观等困难。通过发掘和利用静态和动态捕获数据中的特征和运动信息，提出了数据驱动的三维人脸美化、夸张角色动画、表情真实感合成与迁移、角色运动形变和迁移、高质量的布料动画与衣服模拟等一系列关键技术，提高了角色和布料动画的真实感和生成效率。从模板数据、物理方程近似、风格化等角度出发，提出了基于浅水方程的流体细节增强、基于数学函数的Marbling创作、烟雾约束动画控制、三维风格化海浪、浪花以及与岸边相互作用等复杂流体动画生成方法，丰富了三维流体动画的表现手段。项目组还围绕计算机动画中的隐式曲面造型等新理论和新方法、动画场景的实时绘制、图像与视频的风格化处理等方面取得了一系列创新性研究成果。.　　通过上述系统深入的研究，丰富并完善了三维计算机动画的传统理论框架，提高了动画创作效率与真实感，为三维计算机动画在数字媒体内容创作等相关产业中应用提供了理论基础和技术支撑。项目组在国内外学术期刊(含顶级期刊ACM TOG、IEEE TVCG等)和会议上(含顶级会议Siggraph Asia、Eurographics等)发表和录用学术论文126篇，其中SCI收录63篇、EI收录106篇， 1人入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，3人晋升副教授，培养博士22人、硕士26人，申请国家发明专利25项（授权14项），组织计算机动画重要国际学术会议CASA2011和国内学术研讨会DEA2010，完成了预期研究计划。