关于个性人体动画在虚拟现实系统中的应用与分析

2016-02-05张明宝

科学中国人 2016年36期

关键词：虚拟现实动画变化

张明宝

大连东软信息学院

关于个性人体动画在虚拟现实系统中的应用与分析

张明宝

大连东软信息学院

近年来，虽然虚拟现实技术得到了较大的突破，但通过这种技术所模拟出来的动画形象依然不具备相当的可信度。因此，要增加人体动画的可信度，利用个性人体动画来添加相应的情感特征、个性特征是一个有效的方法。本文在对个性人体动画加以概述的基础上，分析了其在虚拟现实系统中的应用。

个性人体动画；计算机动画；模型构建；虚拟现实系统

随着现代科技的不断进步，虚拟现实系统的研究也成为了当前计算机领域的一个研究热点，利用运动学、物理学、计算机技术等使模拟出来的动画更加接近真实。但是，尽管虚拟现实技术在近年来有所突破，但所模拟出来的形象依然不能给人真实之感。因此，研究者们开始考虑将“个性人体动画”这一新兴的动画技术应用到虚拟现实系统中，以模拟出人体行为与情感特征。

一、关于个性人体动画的概述

人体动画（human body animation）是以计算机为媒介、以图形学、人体学、物理学等学说为理论基础，以计算机技术为技术支撑来模拟出人体造型和人体性行为的一种动画技术。在人体动画技术中，能够通过对人体肌肉、骨骼等直接建模的方法形象地模拟出人类的行为动作以及运动过程中肌肉的变化等人体特征，具有一定的客观性与真实性，因此常常在影视特效或者模拟类游戏中出现。

人类的情绪与个性特征是影响人体行为的重要因素，而个性人体动画正是考虑到了这一点。为了使模拟出来的人体动画不再只是机械地运动，因此在人体动画基本行为模型的的基础上，再构建出一定的情感模型、个性模型等与情感特征相关的模型，赋予了动画人物情感上的变化，使其更加真实。[1]

二、个性人体动画在VR技术中的实际应用

虚拟现实系统又被成为VR技术，即virtual reality system，通过计算机模拟生成一个虚拟的三维空间，让使用者能够借助一定的设备在这个虚拟空间中模拟器将自身的触觉、视觉、听觉等感觉真实地模拟出来，有如身临其境的感觉。VR技术除了被广泛应用于医学、教育、军事工业、游戏开发等领域之外，还对人们的日常生活差生了较大的影响。例如工业仿真中的应用能够大大地提高数据搜集、筛选、处理的效率，以提高工作效率。室内设计中的应用可以让设计者将自己的想法很快捷地在三维空间中展示出来，并进行随意调整。

而人体动画是VR技术的关键组成部分，为了保证用户体验的真实感，赋予人体动画相应的情感特征是很有必要的。本文主要从以下三个方面来分析了虚拟现实系统中的个性人体动画技术。

（一）情感特征模型的构建

1.构建个性特征模型。个性是一个人心理情感最直接的对外表现，直接影响着人类的行为动作以及情感变化，同时也是个人与他人之间最本质的情感特征。基于此，个性模型是人体动画形象情感特征最基本的体现。本文以FFM为基础来创设个性模型，并实现了FFM与人体行为之间的关联性。

根据FFM的内涵以及个性的基本特征，本文主要设定了以下五种个性模型，并利用静态五元向量表示如下：

其中p∈[0,1]，0,1分别表示该性格特征的有无，而每一对应个性特征的设置都是要分别设定的，这样才能满足相应的需求。[2]

2.构建情绪特征模型。情绪是人类个体对外界变化最直接的心理表现，因此在个性人体动画的构建中也是相当重要的。本文所提出的构建方法为：首先，构建相应的影响矩阵，通过不同的情绪影响矩阵来反映出情绪的变化的强度。其次，在不同的场景中设置相应的感知模块，来感应由于个体行为的变化可能引起的事件，并触发与之相对应的情绪表现，再构建一定的情绪处理模块来获取人物情绪的变化并将之反映出来。最后，由于情绪不是一成不变的，而是会随着外界影响因素以及内在心理因素的变化而变化，因此在构建情绪特征模型时还要设置相应的情绪更新系统，即设定控制阀值来对情绪所达到的最值加以控制。如果超过所规定的范围，那么情绪模型就会自动更新。而若新的情绪诞生之后，其感知强度没有达到一定的控制阀值，那么在一定的时间之后又会削弱并被另一种情绪所代替。从而将人类本身不同情绪的变化较为真实地反映出来，并进一步体现出人类情感特征的变化。

（二）行为模型的合成

在动画人体的情感特征模型构构建完成之后，则需要设计出与不同的情感特征所对应的行为表现。由于在本文所设定的系统中，人物的情绪、情感等会随着不同情境中不同行为动作所引发的不同事件而有所变化，因此在构建相应的行为模型时，也应当考虑到外部环境因素的影响。

事件模块是影响最终行为动作的首要因素，动画人物利用一定的感知模块对事件的性质加以感应，在计算判断之后得出相应的情感变化。而情感特征在很大程度上又是受到稳定个性因素的影响，再加上情感变化往往会伴随着情绪的变化。因此将这三个模块结合起来，再根据动画人物自身的属性特点，最终构成所对应的情感动作。最后再以文件输出的方式在虚拟现实系统中展现出来，使模拟出来的任务不再时具备人的外形特征，而是进一步增添了情感因素的影响，更加生动形象。