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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:游三立
研究生(外文):San-li Yu
論文名稱:應用於遊戲及動畫角色製作的動作擷取器校正系統
論文名稱(外文):A Motion Capture Calibration System for Production of Character in Game and Animation
指導教授:張華城張華城引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:多媒體與電腦娛樂科學系
學門:電算機學門
學類:軟體發展學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:107
中文關鍵詞:動作擷取器碰撞偵測校正系統多層級細節屬性角色設計角色比例動畫遊戲製作
外文關鍵詞:Motion CaptureCollision detectionCalibrationLevel Of DetailsCharacter designCharacter’s proportionProduction of game and animation
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為了提高電腦動畫及遊戲產業在專案製作過程的效率,眾多3D工具與相關技術因應而生,而角色肢體動態捕捉技術便是其中之一。近年來,使用動作擷取器已越來越普及。然而,目前動作擷取系統在使用上遭遇二大難題:(1)使用者要先學習第二套軟體(如MotionBuilder)才更可能達到自製模型即時預覽的效果;(2)是使用者在套用自製角色時,常因角色的卡通化Q版特殊比例,造成角色各關節之間的模型互相穿透。當五頭身以下的Q版虛擬角色隨著演員做擺動時,角色的手掌常會穿過頭部而顯的非常不自然。若角色的其他身體部位比例差異更大,則關節模型之間的互相穿透現象將會更明顯。此種問題常令許多動畫遊戲產業頭痛不已,且更相關產業甚至放棄原本的獨特Q版風格,退而求其次的尋找其他配套方案(如使用正常比例)。因此本研究詴圖以碰撞偵測的方式解決角色比例所造成的模型穿透問題,希望讓使用者在調整Q版角色或特殊比例的模型時,能夠更得心應手。本研究透過Level Of Details的辨識概念、參考座標轉換與碰撞偵測互相結合的方式,研發出一套以高面數模型與低面數模型互相配合的特殊校正系統。同時也在研究過程中加入快速角色替換、多重角色替換、與直覺式手動校正等功能來優化核心部分的比例校正。此舉不但能夠簡化CG工作者對比例風格特殊角色的製作流程,也可讓角色的動作調整變得更快、更方便、更更效率。
In the recent years, many CG industry are trying to create some character animation tools to improve their project‗s working pipeline, and Motion Capture is one of them. It gives the better result for the game and animation project. But this kind of system has some problems and there‘s still no enough solution to help the 3D users to take care of it. One of the main issues is the retarget system. The animators have to open the second 3D application to receive the Motion capture streaming data for activating their own characters. This cost memories and the users have to spend time for the second application training. And the other main problem is the proportion. If the computer model has different proportions from the animator, then their body segments will intersects to each other easily. For example, some cartoon characters have special figure, like long arms and a large head. The geometry of hands and head will intersect to each other many times. This could take animators into nightmare when they retarget the Motion Capture data to their cartoon characters. The thesis tries to solve the proportion problem from the special characters like cartoon. We try to combine the collision detection with LOD methods to solve the problem. We use the Low polygon model to detect the collision, and high polygon used to do other interacts like sliding or Stop follow. In this paper will see the calibration demonstration of our solution.
摘要…………………………………………………………………………………...i
ABSTRACT………….………………………………………………………………ii
目錄………………………………………………………………………………….iii
表目錄…………………………………..…………………………………………..vii
圖目錄……………………………………………………………………...………viii
第一章、緒論……………………….………………………………………………1
1.1 研究背景與動機 .......................................................................................... 1
1.2 研究目的 ...................................................................................................... 2
1.2.1 讓校正功能更直覺 .......................................................................... 2
1.2.2 支援自製模型之匯入 ...................................................................... 3
1.2.3 讓校正過程更省效能 ...................................................................... 3
1.2.4 提高角色替換速度 .......................................................................... 3
1.2.5 改善Q版角色之關節穿插 .............................................................. 4
1.3 研究架構與流程 .......................................................................................... 4
1.4 研究範圍與限制 .......................................................................................... 6
第二章、文獻探討……………...…………………………………………………...7
2.1 遊戲與角色動畫設計 .................................................................................. 8
2.1.1 角色比例之定義 .............................................................................. 8
2.1.2 3D角色製作流程 ........................................................................... 10
2.1.2.1 底稿製作與建模 ................................................................. 10
2.1.2.2 材質貼圖 ............................................................................. 11
2.1.2.3 骨架綁定 ............................................................................. 12
2.1.2.4 動作設計 ............................................................................. 14
2.2 動作產生類型 ............................................................................................ 14
2.2.1 關鍵影格 ........................................................................................ 15
2.2.2 非線性剪輯 .................................................................................... 15
2.2.3 程序式動畫 .................................................................................... 16
2.2.4 動作擷取系統 ................................................................................ 17
2.2.5 人體動力學產生器 ........................................................................ 17
2.2.6 小結 ................................................................................................ 18
2.3 動作擷取器簡介與種類 ............................................................................ 18
2.3.1 光學式動作擷取器 ........................................................................ 19
2.3.2 機械式動作擷取器 ........................................................................ 20
2.3.3 電磁式動作擷取器 ........................................................................ 20
2.3.4 光纖式動作擷取器 ........................................................................ 21
2.3.5 陀螺儀動作擷取器 ........................................................................ 22
2.4 動作擷取器使用常見問題 ...................................................................... 23
2.4.1 感應器難以測量人體實際位置 .................................................... 24
2.4.2 感應訊號受外在因素干擾 ............................................................ 25
2.4.3 軸向資訊不一致 ............................................................................ 25
2.4.4 模型比例不同 ................................................................................ 26
2.4.5 感應器難以固定 ............................................................................ 27
2.4.6 訊號飄移 ........................................................................................ 27
2.4.7 小結 ................................................................................................ 27
2.5 動作重置 .................................................................................................... 28
2.6 Character Studio Biped system ................................................................... 29
2.7 動作擷取器校正系統 ................................................................................ 30
2.8 碰撞偵測 .................................................................................................... 31
2.8.1 Multiple bounding box .................................................................... 32
2.8.2 碰撞性幾何體 ................................................................................ 33
2.8.3 Ragdoll solver ................................................................................. 33
2.9 多層級細節屬性(Level of Details,LOD) ................................................ 35
2.10 參考座標系統 .......................................................................................... 36
第三章、研究方法…………………………………………………………………...37
3.1 研究器材與設備 ........................................................................................ 37
3.2 整體系統架構 ............................................................................................ 39
3.3 初期系統流程規劃圖 ................................................................................ 41
3.4 資料轉換流程 ............................................................................................ 42
3.4.1 利用3D引擎讀取motion capture資料 ....................................... 43
3.5 校正系統 .................................................................................................... 45
3.5.1 關鍵字串命名 ................................................................................ 45
3.5.2 多筆關鍵字串命名 ........................................................................ 47
3.5.3 組合式圖片按鈕 ............................................................................ 49
3.5.4 LOD碰撞校正 ............................................................................... 50
3.5.4.1 LOD碰撞校正之命名規則 ................................................ 52
3.5.4.2 LOD碰撞偵測類型 ............................................................ 54
3.5.4.2.1 Stop follow ................................................................ 54
3.5.4.2.2 Slide follow ............................................................... 55
3.5.4.3 角度參考座標的分析與轉換 ............................................. 56
第四章、系統發展與建置……………………………..…………………………….58
4.1 系統發展流程 ............................................................................................ 58
4.1.1 模擬測詴流程概述 ........................................................................ 59
4.1.2 實際測詴流程概述 ........................................................................ 59
4.2 系統啟動 .................................................................................................... 60
4.3 動作擷取器資料轉換與角色替換 ............................................................ 61
4.4 直覺式手動校正 ........................................................................................ 66
4.5 LOD碰撞校正 ........................................................................................... 70
4.5.1 Stop follow ...................................................................................... 72
4.5.2 Slide follow ..................................................................................... 75
4.6 角度參考座標與轉換 ................................................................................ 77
4.6.1 高低差辨認與角度調整 ................................................................ 79
五、系統測詴………………………………………………………………………...82
5.1 模擬測詴 .................................................................................................... 82
5.2 實機測詴 .................................................................................................... 83
5.2.1 角色替換與直覺式手動校正測詴 ................................................ 83
5.2.2 LOD碰撞校正測詴 ....................................................................... 85
5.3 校正系統的優點 ........................................................................................ 86
5.4 校正系統的缺點 ........................................................................................ 86
六、結論與建議……………………………………………………………………...88
6.1 結論 ............................................................................................................ 88
6.2 系統功能與貢獻 ........................................................................................ 88
6.3 未來展望與建議事項 ................................................................................ 89
6.3.1 介面優化 ........................................................................................ 89
6.3.2 角色替換的擴充 ............................................................................ 89
6.3.3 LOD碰撞系統改善 ....................................................................... 89
6.3.4 錄製與轉存 .................................................................................... 90
參考文獻……………………………………………………………………………91
中文參考文獻
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23. 優戲網-新版蛋清OL更容乃大(17)
http://www.ucgogo.com/mh/html/29/n-6929.html
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