9、实时3D角色的动态平衡与行走

实时3D角色的动态平衡与行走

1. 引言

在许多沉浸式游戏中，玩家控制的角色需要与游戏场景进行交互。这些角色通常以人类形态呈现，玩家对人类在特定物理环境中的行为和动作有一定的认知，因此角色的意外或受限行为很容易被察觉。如何确保玩家控制的角色既具有足够的表现力以满足游戏需求，又能保持自然逼真的动作，是一个具有挑战性的研究问题。

目前，实现角色运动的方法主要有两种：
- 数据驱动方法 ：通过动作捕捉获取关键帧用于动作参考，或由艺术家创建特定的动画风格。增强的布娃娃模型可用于在预设动画之间进行融合，以实现平滑的动作。然而，这种方法具有局限性，如果动画未预先计算，可能无法实现某些动作，从而限制了游戏玩法。
- 物理控制方法 ：基于角色的物理属性和反馈控制原理生成动画。但这种方法的动作逼真度不如数据驱动方法，原因在于角色实现动画目标的方式可能与人类不同，并且实时求解非平凡方程以计算运动所需的计算量较大。

在很多情况下，会将数据驱动和物理控制方法相结合。例如，角色在不平坦表面（如楼梯）上摔倒的动作通过物理实现，而上肢运动（如伸手）则可以通过艺术家指导的动画实现。这种方法虽然表明单纯的物理方法可能不足以实现逼真的动作，但如果游戏要提供完全自由的交互，物理方法是唯一可行的途径。

本文探讨了一种纯物理控制方法，用于实现实时渲染的逼真人类运动。关键在于模拟人类运动时，不仅要重现适当的物理运动，还要添加平衡控制器以实现姿势对齐。该技术受到理论机器人学中使用倒立摆进行此类操作的启发，通过将模型从二维扩展到三维并实现实时渲染，展示了在受到外力作用时，角色在姿势方面更接近人类的运动方式。 </