题目：基于人体重建模型的骨骼动画生成技术研究与实现

随着廉价深度相机的推广，加之基于深度相机三维重建技术的不断发展，使得采用真实的人体重建模型进行骨骼驱动以生成动画的技术，在计算机动画、远程沉浸等领域有着广泛的应用。论文主要研究内容是基于真实人体重建模型的骨骼动画，包括真实人体模型三维重建和模型骨骼驱动。本文以Kinect相机作为采集工具，首先通过相机采集的深度图像和彩色图像进行人体的三维重建，然后为人体模型自动地嵌入骨骼，进行皮肤绑定和骨骼重定向，最后使用相机采集的骨骼运动数据来驱动模型。论文的主要工作有：1．改进并实现了一种基于Kinect的三维重建方法。本文实现了Newcombe等人提出的基于Kinect的三维重建算法Kinect Fusion，该算法使用Kinect进行扫描式重建，通过对相邻帧之间的深度信息做迭代最近点算法估计相机姿态，进行深度图融合，以体素立方体的形式保存重建的数据，通过光线追踪算法得到重建点云模型。Kinect Fusion算法在进行人体环绕重建时，存在相机姿态不准确和重建区域受限的问题，论文针对这些问题提出了一种分段式的相机姿态估计算法和扩展重建算法。本文还实现了表面重建和纹理贴图算法，对重建得到的点云模型进行处理，使用Poisson表面重建得到适合骨骼嵌入的流式无缝模型，并实现了基于视点的模型纹理贴图算法。2．实现了一种人体模型骨骼自动嵌入和骨骼驱动算法。本文实现了Baran等人提出的人体骨骼自动嵌入算法，该算法首先对模型进行离散化处理以得到内部拓扑图，然后结合骨骼模板，通过预设的嵌入惩罚函数，从拓扑图中计算骨骼关节点位置，最后使用修正函数优化骨骼嵌入结果。本文实现了模型的骨骼驱动算法，包括模型皮肤绑定和骨骼重定向。皮肤绑定指定了模型如何随着骨骼的变形而进行变形。本文实现了线性混合皮肤绑定算法，来计算骨骼关节点对顶点的权重值。骨骼重定向将骨骼运动数据与嵌入的骨骼模板进行对应，使得骨骼运动数据可以正确地驱动模型变形。在以上工作的基础上，本文设计实现了基于人体重建模型的骨骼动画系统。该系统可以通过Kinect扫描式重建人体或者场景的三维模型，为人体模型自动地嵌入骨骼，使用Kinect采集的动作数据驱动人体骨骼模型变形，生成骨骼动画。