光線干擾過濾法生成真實感游戲人物圖形的研究

覃海寧

摘 要：在采用虛擬現實技術進行游戲人物圖形設計中，游戲人物圖形受到光線干擾導致人物圖形設計出現五官及身體形態的結構偏移失真，人物圖形的真實感不夠，提出一種基于光線干擾過濾法和動態小生境重構的游戲人物虛擬成像生成方法。采用人體輪廓線邊緣檢測方法搜集大量人體動作并進行動態信息特征提取，對重構的游戲人物動作圖像進行邊緣增強和角點銳化處理，采用自適應中值濾波方法進行光線干擾過濾，結合動態小生境技術進行游戲人物圖形的五官特征渲染和身體形態的動態追蹤，進行游戲人物的動態信息配準，生成真實感的游戲人物圖形。仿真結果表明，采用該方法進行游戲人物圖形生成與虛擬現實重建，游戲人物的真實感較強，五官特征的信息表達能力豐富，身體形態結構偏移較小，圖形生成過程具有較好的抗干擾能力。

關鍵詞：光線 干擾濾波 游戲人物 圖形 虛擬現實 動態小生境

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0144-05

Abstract：Game characters of graphic design in the use of virtual reality technology， the game graphics characters by light interference resulting in character graphic design structure offset facial features and body shape distortion， realistic graphics characters is not enough， a game character virtual image generation method of light interference filtering method and dynamic niche based reconstruction. By detection methods the body contour edge to collect a large number of human motion and dynamic feature extraction， image reconstruction of the action game characters of edge enhancement and corner sharpening， using adaptive median filtering method for light interference filter， game character graphics combined with dynamic niche technique， facial features and body shape rendering dynamic tracking dynamic information registration game character， generating realistic game character graphics. The simulation results show that the recovery Game characters graphics and virtual reality reconstruction using this method， the game characters are realistic and features information abundant expression， body shape and structure in a small shift， graphics generation process has good anti-interference ability.

Key Words：Light； Interference filter； Game characters； Graphics； Virtual reality； Dynamic niche

在大型動漫游戲設計中，游戲人物設計是關鍵，游戲人物在整個游戲中扮演著主體的角色，隨著視景仿真技術和虛擬現實（Virtual Reality， VR）成像技術的發展，需要采用VR技術設計游戲人物圖形，能準確刻畫游戲人物的表情、神態、五官以及動態等特征，再結合視景仿真技術和動態小生境技術，使得游戲玩家能夠感受到身臨其境的感覺，并沉浸其中的虛擬環境中，提高游戲場景的真實性。對游戲人物圖形的生成方法設計是整個游戲開發的關鍵，游戲人物的圖形生成方法是建立在基于虛擬環境三維模型基礎上，采用三維幾何建模軟件進行建模[1]，結合虛擬現實技術進行圖像處理，提高生成游戲人物的逼真度和真實感，研究游戲人物圖形的生成方法受到虛擬現實仿真和圖像處理等領域專家學者的極大重視。

傳統方法中，對真實感游戲人物圖形的生成方法主要采用小生境技術[2]，在特定環境下通過圖像邊緣檢測濾波和自適應信息融合實現真實感游戲人物的圖像角點匹配和信息配準，利用衍射原理再現游戲人物圖像的肢體和五官特征信息，通過全息投影方法反應成像物體的顯影、定影等信息特征[3]，在虛擬現實的仿真工具中生成虛擬游戲人物圖形，提高成像效果，取得了一定的研究成果，其中，文獻[4]中提出一種基于動態小生境半徑兩階段多模態差分進化的動態游戲人物的重建方法，采用多尺度差分插值方法進行像素序列重排，提高對多模態人物圖形的動態特征追蹤能力，但該方法對人物圖形亮點區域分割中容易出現擾動誤差，特別是在光線干擾下游戲人物生成的真實感不強；文獻[5]中提出一種基于模擬退火算法優化的超分辨率游戲人物的激光全息投影VR重建技術，采用全息圖壓縮方法進行游戲人物的像素特征降維，通過仿射變換和Harris角點檢測方法進行游戲人物圖形的超分辨特征提取和重構，結合模擬退火方法進行人物的面部特征渲染，提高了圖形重建的分辨率和逼真度，但該方法受到光線干擾容易導致人物圖形設計出現五官及身體形態的結構偏移失真，人物圖形的真實感不夠。endprint

針對上述問題，本文提出一種基于光線干擾過濾法和動態小生境重構的游戲人物虛擬成像生成方法。首先采用人體輪廓線邊緣檢測方法搜集大量人體動作并進行動態信息特征提取，對重構的游戲人物動作圖像進行邊緣增強和角點銳化處理，庵后采用自適應中值濾波方法進行光線干擾過濾，結合動態小生境技術進行游戲人物圖形的五官特征渲染和身體形態的動態追蹤和動態信息配準，生成真實感的游戲人物圖形。最后進行仿真測試，展示了該文方法在實現游戲人物圖形生成方面的優越性。

1 人體動作搜集與動態特征提取

1.1 游戲人物人體輪廓線邊緣檢測

為了實現對真實感游戲人物圖形重建，首先采用人體輪廓線邊緣檢測方法搜集大量人體動作并進行動態信息特征提取，假設游戲人物的動作特征點有N個點，其中任意一個點的二維坐標為，則游戲人物動作行為空間可以表達為一個高維向量。采用邊緣輪廓檢測方法進行游戲人物的規范性動作特征提取，收集大量人體動作，將每個游戲人物的動作完成過程通過矢量分解方法進行向量轉化，形成游戲人物的動作向量庫[6]。

將所有的游戲人物行為特征樣本點映射到低維空間中，通過智能視覺融合方法進行量化跟蹤，得到游戲人物圖形的成像空間必須滿足以下條件：

2 真實感游戲人物圖形生成實現

2.1 改進設計原理及預處理

在上述采用人體輪廓線邊緣檢測方法搜集大量人體動作并進行動態信息特征提取的基礎上，進行游戲人物圖形生成方法改進設計，為了抑制光線干擾產生的生成誤差，提高游戲人物圖形VR成像和虛擬重構的真實感，提出一種基于光線干擾過濾法和動態小生境重構的游戲人物虛擬成像生成方法，對游戲人物的動作信息進行VR成像配準[9]，配準過程分為粗配準和精配準兩層配準模式，在光線干擾下，采用中值濾波方法進行光線干擾抑制，再通過五官特征渲染和身體形態的動態追蹤方法實現游戲人物的虛擬現實重構，根據上述圖形生成方法的改進設計原理，得到本文設計的游戲人物圖形生成的實現過程框圖如圖2所示。

3 仿真實驗與結果分析

為了測試該文方法在實現虛擬游戲人物VR成像生成中的應用性能，進行仿真實驗，實驗的硬件系統內存為3 GB的PC計算機，軟件采用Matlab 2012和VC++軟件編程設計，利用Visual C++7.0、Vega Prime2.2.1、Multigen Creator仿真空間進行游戲人物的3D幾何模型建模和視景仿真，正則化參數設定為100，游戲人物VR成像的分辨率為250*250，游戲人物動作變化的曲率參數為1.25，三維鄰近點數k設定為16，人物圖形生成的初始位置坐標值為（0，0），Harris角點檢測的迭代閾值設置為0.95，根據上述仿真環境和參量設定，進行游戲人物圖形生成仿真實驗，采用人體輪廓線邊緣檢測方法搜集大量人體動作，得到不同游戲行為模式下游戲人物重建的關鍵特征點提取結果如圖3所示。

以圖3采集的游戲人物圖形動作特征為例，通過邊緣輪廓檢測方法搜集大量人體動作并進行動態信息特征提取，采用本文方法進行游戲人物VR重建，在光線干擾下，得到游戲人物的生成結果如圖4所示。

圖4的生成結果可以看出，游戲人物虛擬成像受到光線干擾，導致人物圖形成像的噪點較多，真實感不強，采用本文方法進行邊緣增強和角點銳化處理，采用自適應中值濾波方法進行光線干擾過濾，得到過濾后的游戲人物生成結果如圖5所示。

對比圖5和圖4結果可見，通過光線過濾，提高了圖形的成像效果，最后結合動態小生境技術進行游戲人物圖形的五官特征渲染和身體形態的動態追蹤，實現真實感游戲人物圖形生成，得到最后的生成結果如圖6所示。

分析圖6結果得知，該文方法生成的虛擬游戲人物的成像效果較好，對人物的五官特征渲染和身體形態的動態追蹤性能較好，五官特征的信息表達能力豐富。為了定量測試不同方法的性能，表1列出了采用不同方法進行游戲人物生成的輸出信噪比和結構偏移對比結果，分析得知，采用該文方法生成游戲人物圖形，圖形的信噪比較高，說明圖形質量較好，形體結構偏移較小，該圖形VR生成技術能準確模擬人物的形體動作。

4 結語

該文研究了虛擬游戲人物的VR圖形生成技術，提出一種基于光線干擾過濾法和動態小生境重構的游戲人物虛擬成像生成方法。采用人體輪廓線邊緣檢測方法搜集大量人體動作并進行動態信息特征提取，對游戲人物動作圖像進行邊緣增強和角點銳化處理，采用自適應中值濾波方法進行光線干擾過濾，結合動態小生境技術進行游戲人物圖形的五官特征渲染和身體形態的動態追蹤，進行游戲人物的動態信息配準，生成真實感的游戲人物圖形。研究得知，該文方法進行游戲人物圖形生成與虛擬現實重建，游戲人物的真實感較強，形體結構偏移較小，具有較好的抗光線干擾能力，生成圖形的質量較高。

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