孝感flash动画创作制作反向运动学（人体动画）
基于运动捕获技术获取角色的表情和动作是表情和动作的主要来源之一。5.2.2 基于运动捕获的 动画技术 基于运动捕获的动画技术现已成为计算机动画领域最具活力的方法。该动画技术主要包括运动重 定向技术、运动轨迹编辑技术、运动融合技术和运动合成技术等。 1)运动重定向技术 运动重定向是指编辑和调节从原始角色捕获到的运动数据，并将其正确地映射到与原始角色不同 的新角色中。如果直接将原始的捕获数据映射到新角色，则很容易违背原有运动，1…，固有的运动性 质（约束），从而导致运动失真，出现诸如足部穿地、悬空和滑步等错误。
运动葷定向的实现方法可 以分为基于反向运动学(inverse kinematics，IK)的方法、基于时空约束的方法和基于物理的方法等 。 反向运动学问题是flash驱动的人体动画技术中的基本问题，几乎所有的flash人体动画创作都要 使用到反向运动学技术，反向运动学技术因此成为一个重要的研究方向。现有反向运动学(IK)求解算 法中解析求解法是最稳定、最快速的算法。但是现有的IK解析求解算法只能求解6个自由度的IK链。对 于人体这种特殊结构，可以求解7个自由度的手臂链。当人体运动链的自由度大于7时，就需要使用数 值迭代法进行求解，这必然导致求解速度的下降。特别是当反向运动学求解的规模较大时，容易造成 求解过程的不稳定，而且求解过程结果难以瓊复。吴小毛等‘，‘‘针对运动编辑中存在的技术难题 ，考虑到人体结构的特殊性，通过测量法建立了肘关节转角和手的朝向角之间的关系。
从一个新的角 度得到了7自由度手臂链的解析解；在此基础上，提出反向运动学求解过程中衣领关节和肩关节调整方 案，并推导出12个自由度的人体运动链的解析求解算法。该算法将现有的7个自由度的人体运动链解析 求解推广列12个自由度，它能够在人体动画中得到很好的应用。杨熙年等怖，在假定原始角色和目标 角色之间骨骼结构相同，骨骼长度比例相差不大的情形下，提出一种基于骨干长度比例的运动承定向 方法。该方法首先求出两个角色之间的骨骼缩放比例，根据这个比例得到目标角色的裉'(节在第一帧 的位置及其他帧的位移量，然后推算I．i．1末端效应器的约束位置，最再选择(、l、l、( cyclic coordinate descent)作为IK求解器，根据位置约束求iH重定向后的运动数据。 反向率控制也是一种用于运动重定向的IK方法，通过它Ij）．以得到符合末端效成器约束的所有 解的集合。Balestrino，Tsai以及Sciciviccc)等人1．<11、“通过对基本地数解添加约束误举的反馈 ，设计出闭环的反向率控制方法；Zhao和I3alclci-i1 1通过对零卒问乘积中的自由向k泄置特定的取 值，可以使新运动同时满足其他的约束；(、hc)i等人…1综合j’以1：两种方法，许加以 角色动画*59改进，提出了基于反向率控制的在线运动重定向方法。
基于IK的方法实质上是基于每一 帧的方法，即每次只处理一帧的约束，因而处理速度很快，符合交互式运动编辑的要求。该方法另一 个优点是，所求出的解能够很好地满足设定的帧内位置约束。但是基于IK的方法，只考虑帧内的几何 约束，而没有考虑相邻帧间的连续性约束，所以常使得求解得到的目标运动出现跳动情形。此外，当 给定的位置约束不恰当时，会出现无解的情形。Gleicherc：，，于）998年提出了基于时空约束的重 定向方法。基于时空约束的重定向方法，通过将原始运动的特征表示为必须遵守的时空约束，包括帧 内的空间约束和相邻帧间的时间约束，并将目标函数定义为最小化编辑前后的运动差别，从而将重定 向问题转化为约束优化的求解。利用该法可以求得一个基于全局目标的最优解，所得到的目标运动同 时满足了空间约束和时间约束。基于时空约束方法的缺点是：①求解基于全局优化，运算量大，收敛 速度慢，对于帧数较多的运动编辑处理不能达到实时交互速度；②只考虑了几何约束，可能会使运动 违背物理规律而导致失真。
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