張明寶

大連東軟信息學(xué)院

關(guān)于個性人體動畫在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的應(yīng)用與分析

張明寶

大連東軟信息學(xué)院

近年來，雖然虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到了較大的突破，但通過這種技術(shù)所模擬出來的動畫形象依然不具備相當(dāng)?shù)目尚哦?。因此，要增加人體動畫的可信度，利用個性人體動畫來添加相應(yīng)的情感特征、個性特征是一個有效的方法。本文在對個性人體動畫加以概述的基礎(chǔ)上，分析了其在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的應(yīng)用。

個性人體動畫；計算機(jī)動畫；模型構(gòu)建；虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究也成為了當(dāng)前計算機(jī)領(lǐng)域的一個研究熱點，利用運(yùn)動學(xué)、物理學(xué)、計算機(jī)技術(shù)等使模擬出來的動畫更加接近真實。但是，盡管虛擬現(xiàn)實技術(shù)在近年來有所突破，但所模擬出來的形象依然不能給人真實之感。因此，研究者們開始考慮將“個性人體動畫”這一新興的動畫技術(shù)應(yīng)用到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，以模擬出人體行為與情感特征。

一、關(guān)于個性人體動畫的概述

人體動畫（human body animation）是以計算機(jī)為媒介、以圖形學(xué)、人體學(xué)、物理學(xué)等學(xué)說為理論基礎(chǔ)，以計算機(jī)技術(shù)為技術(shù)支撐來模擬出人體造型和人體性行為的一種動畫技術(shù)。在人體動畫技術(shù)中，能夠通過對人體肌肉、骨骼等直接建模的方法形象地模擬出人類的行為動作以及運(yùn)動過程中肌肉的變化等人體特征，具有一定的客觀性與真實性，因此常常在影視特效或者模擬類游戲中出現(xiàn)。

人類的情緒與個性特征是影響人體行為的重要因素，而個性人體動畫正是考慮到了這一點。為了使模擬出來的人體動畫不再只是機(jī)械地運(yùn)動，因此在人體動畫基本行為模型的的基礎(chǔ)上，再構(gòu)建出一定的情感模型、個性模型等與情感特征相關(guān)的模型，賦予了動畫人物情感上的變化，使其更加真實。[1]

二、個性人體動畫在VR技術(shù)中的實際應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)又被成為VR技術(shù)，即virtual reality system，通過計算機(jī)模擬生成一個虛擬的三維空間，讓使用者能夠借助一定的設(shè)備在這個虛擬空間中模擬器將自身的觸覺、視覺、聽覺等感覺真實地模擬出來，有如身臨其境的感覺。VR技術(shù)除了被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、教育、軍事工業(yè)、游戲開發(fā)等領(lǐng)域之外，還對人們的日常生活差生了較大的影響。例如工業(yè)仿真中的應(yīng)用能夠大大地提高數(shù)據(jù)搜集、篩選、處理的效率，以提高工作效率。室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用可以讓設(shè)計者將自己的想法很快捷地在三維空間中展示出來，并進(jìn)行隨意調(diào)整。

而人體動畫是VR技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，為了保證用戶體驗的真實感，賦予人體動畫相應(yīng)的情感特征是很有必要的。本文主要從以下三個方面來分析了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的個性人體動畫技術(shù)。

（一）情感特征模型的構(gòu)建

1.構(gòu)建個性特征模型。個性是一個人心理情感最直接的對外表現(xiàn)，直接影響著人類的行為動作以及情感變化，同時也是個人與他人之間最本質(zhì)的情感特征?；诖?，個性模型是人體動畫形象情感特征最基本的體現(xiàn)。本文以FFM為基礎(chǔ)來創(chuàng)設(shè)個性模型，并實現(xiàn)了FFM與人體行為之間的關(guān)聯(lián)性。

根據(jù)FFM的內(nèi)涵以及個性的基本特征，本文主要設(shè)定了以下五種個性模型，并利用靜態(tài)五元向量表示如下：

其中p∈[0,1]，0,1分別表示該性格特征的有無，而每一對應(yīng)個性特征的設(shè)置都是要分別設(shè)定的，這樣才能滿足相應(yīng)的需求。[2]

2.構(gòu)建情緒特征模型。情緒是人類個體對外界變化最直接的心理表現(xiàn)，因此在個性人體動畫的構(gòu)建中也是相當(dāng)重要的。本文所提出的構(gòu)建方法為：首先，構(gòu)建相應(yīng)的影響矩陣，通過不同的情緒影響矩陣來反映出情緒的變化的強(qiáng)度。其次，在不同的場景中設(shè)置相應(yīng)的感知模塊，來感應(yīng)由于個體行為的變化可能引起的事件，并觸發(fā)與之相對應(yīng)的情緒表現(xiàn)，再構(gòu)建一定的情緒處理模塊來獲取人物情緒的變化并將之反映出來。最后，由于情緒不是一成不變的，而是會隨著外界影響因素以及內(nèi)在心理因素的變化而變化，因此在構(gòu)建情緒特征模型時還要設(shè)置相應(yīng)的情緒更新系統(tǒng)，即設(shè)定控制閥值來對情緒所達(dá)到的最值加以控制。如果超過所規(guī)定的范圍，那么情緒模型就會自動更新。而若新的情緒誕生之后，其感知強(qiáng)度沒有達(dá)到一定的控制閥值，那么在一定的時間之后又會削弱并被另一種情緒所代替。從而將人類本身不同情緒的變化較為真實地反映出來，并進(jìn)一步體現(xiàn)出人類情感特征的變化。

（二）行為模型的合成

在動畫人體的情感特征模型構(gòu)構(gòu)建完成之后，則需要設(shè)計出與不同的情感特征所對應(yīng)的行為表現(xiàn)。由于在本文所設(shè)定的系統(tǒng)中，人物的情緒、情感等會隨著不同情境中不同行為動作所引發(fā)的不同事件而有所變化，因此在構(gòu)建相應(yīng)的行為模型時，也應(yīng)當(dāng)考慮到外部環(huán)境因素的影響。

事件模塊是影響最終行為動作的首要因素，動畫人物利用一定的感知模塊對事件的性質(zhì)加以感應(yīng)，在計算判斷之后得出相應(yīng)的情感變化。而情感特征在很大程度上又是受到穩(wěn)定個性因素的影響，再加上情感變化往往會伴隨著情緒的變化。因此將這三個模塊結(jié)合起來，再根據(jù)動畫人物自身的屬性特點，最終構(gòu)成所對應(yīng)的情感動作。最后再以文件輸出的方式在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中展現(xiàn)出來，使模擬出來的任務(wù)不再時具備人的外形特征，而是進(jìn)一步增添了情感因素的影響，更加生動形象。

結(jié)束語

賦予人體動畫相應(yīng)情感特征是現(xiàn)代人體動畫技術(shù)發(fā)展的大趨勢，能夠完善虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本功能，增強(qiáng)使用者體驗度。從而推動虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，改變?nèi)说纳?，實現(xiàn)社會生活現(xiàn)代化。

[1]劉慶科.論虛擬現(xiàn)實對動畫藝術(shù)創(chuàng)作的影響[D].河北師范大學(xué),2013.

[2]李福鑫.論三維動畫在人體解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].才智, 2014,10:148.

張明寶(1982-)，男，漢族，吉林省長春人，本科學(xué)歷，講師職稱，主要研究方向：三維動畫。