技術領域

本發明屬于涉及計算機圖形學領域，尤其涉及群體合成技術。

背景技術

群體運動合成技術在近些年受到了愈來愈多的關注，它廣泛的應用在諸多領域中，尤其是大型表演的虛擬演練和電影工業的群體運動特效合成等方面。在這些應用中的群體運動往往通過展示它們的宏觀屬性來達到模擬的目的，比如大型開幕式表演中成百上千的演員構造出帶有藝術造型的群體隊形以表達大會的主題思想或者電影中通過千軍萬馬的兩軍對壘場面來展現特定的戰術安排。與一般人群運動不同，在大型團體表演活動和影視中的群體，其運動需要聽從導演指揮。群體運動的目的是表演，即根據導演的意圖，在指定的時間到達指定的地點完成指定的動作。與之相應的動畫，我們稱之為群體表演動畫。與一般的群體動畫不同，在群體表演動畫合成過程中，需要以一定形式表達設計者的創作意圖，并通過技術手段實現對虛擬群體運動的控制，讓他們“聽從導演指揮”。

實現百人級甚至上千人的大規模群體的表演動畫，需要解決幾個方面的關鍵問題：1）如何表達導演的創作意圖，表達的形式即要簡潔又要直觀，從而便于導演理解和交互創作。2）如何根據導演的創作意圖，對大規模群體進行運動編輯和控制？考慮到群體規模較大，技術手段要盡可能的自動化，只需簡單的交互就能控制虛擬群體“理解導演意圖，完成導演任務”。此外，在視覺效果上，群體運動不僅要保持整體運動的協調性、隊形變換的流暢性，又要保持每個個體的運動特性，并根據應用場景的不同滿足一定的運動約束條件。

已有的群體動畫技術，分為群體運動建模技術與群體運動控制技術兩類。群體運動建模方法，從微觀或宏觀的角度建立群體的運動行為模型，能夠模擬出魚群捕食、人群疏散等復雜群體行為，比較適合模擬自治群體的運動。但針對群體表演動畫，如何將創作意圖融入到模型中，使得群體按照導演要求進行運動，缺乏相關的研究。群體運動控制方法，通過對群體運動施加某種外在約束控制，使得群體運動表現出某種特定的效果，因此更適合展示群體表演運動。然而，已有的群體運動控制方法，均是針對某種特定的需求而提出的，只能合成某一類特定的表演運動（或強調形狀約束忽略個體運動流暢性和真實性，或強調位置約束關系忽略其它約束和運動個性化，或需要大量的交互），無法滿足實際應用中變化多樣的創作需求。目前常用的大規模群體表演動畫合成方法是在多個關鍵幀中分別設定每個個體的位置，然后在這些關鍵幀之間通過插值的方法生成過渡片段。然而，這類方法需要用戶手動地設置大量的空間約束關系，這是一個非常費時費力的過程。尤其是要合成的群體表演中包含的個體數目非常大的時候，會給創作者帶來更大的挑戰。

發明內容

因此，本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種直觀、高效的大規模群體表演動畫合成方法，并且能夠靈活地對大規模群體運動進行編輯和控制。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一方面，本發明提供了一種大規模群體表演動畫合成方法，該方法包括：

步驟1）確定待合成的大規模群體表演動畫的初始狀態；

步驟2）獲取小規模群體表演動畫的實例數據；

步驟3）基于小規模群體表演動畫的初始幀和所述大規模群體表演動畫的初始狀態來建立群體運動對偶圖；

步驟4）基于所建立群體運動對偶圖，根據所述小規模群體表演動畫來合成所述大規模群體表演動畫；

其中，所述群體運動對偶圖包括表示小規模群體表演動畫的左子圖和表示大規模群體表演動畫的右子圖，左子圖和右子圖分別為由多個三角形構成的連通圖，三角形的頂點代表群體中的個體；三角形的邊連接兩個具有位置綁定關系的個體，這種位置綁定關系在群體運動的過程中是保持不變的；左子圖中的三角形與右子圖中三角形之間存在運動對偶關系，具有運動對偶關系的兩個三角形會盡可能相似地運動。

上述方法中，所述步驟2）中所述小規模群體表演動畫與待合成的大規模群體表演動畫具有相似的運動特征。

上述方法中，所述步驟3）可包括：

步驟31）基于小規模群體表演動畫的初始幀構建群體運動對偶圖的左子圖；

步驟32）基于所述大規模群體表演動畫的初始狀態構建群體運動對偶圖的右子圖；

步驟33）在左子圖和右子圖中包含的兩個三角形集合之間建立運動對偶關系。

上述方法中，所述步驟31）可包括：

對所獲取的小規模群體表演動畫的實例數據的初始時刻的狀態進行采樣，得到初始幀中對應的離散點集合；

對該離散點集合進行三角剖分，得到由多個三角形構成的連通圖；