随着计算机图形学和硬件技术的高速发展，计算机动画已渗透到人们生活的 各个角落，成为现代影视特技及影视动画制作中不可或缺的手段，各种各样的平 面、三维计算机特技制作技术给观众带来了全新的感受。其中，运动捕捉技术是 最热门的计算机动画技术之一。 动作捕捉技术不但能获得逼真的动作效果，提高制作效率，还能应用于虚拟 现实、互动游戏、人机接口和体育训练等等，有着很大的应用前景。为了充分利 用已经捕捉的运动数据，研究人员提出了运动编辑的思想，即将已有的运动数据， 通过各种处理方法，得到新的运动数据。 论文的主要内容如下： (1)介绍了本课题的研究背景和意义，运动捕捉及编辑的发展现状，论文 的主要研究内容和组织结构。 (2)介绍了本课题运动捕捉的实现原理、系统结构及流程，提出了运动捕 捉系统的三个关键技术，即摄像机标定、标记点跟踪及标记点的三维重建技术。 为了满足实际的应用，设计并开发了实用的运动编辑系统。 (3)在现有摄像机小孔模型的基础上，提出一种灵活的摄像机标定算法， 采用了线性标定和非线性标定相结合的方法。整个标定过程包括空间变换与坐标 变换、求解平面投影变换矩阵、标定方程转换到线性方程、求解摄像机内部系数 矩阵和旋转偏移矩阵以及求解摄像机焦距等几个步骤。标定以后可以得到摄像机 内部和外部参数，用于重建标记点的三维坐标。 (4)为了提高重建精度及得到无需后期手动注的捕捉数据，采用了对摄像 机标记点二维跟踪的方法。首先给出标记点的定义及提取方式，然后分别利用传 统跟踪方式和基于卡尔曼滤波的跟踪方式。卡尔曼滤波算法以线性、无偏、最小 方差为准则，运用状态空间分析法和统计理论，对信号和噪声进行的完美统一描 述。算法中包括先验估计、后验估计、先验估计协方差、后验估计协方差和噪声 分布，大大提高了标记点二维跟踪的准确率。 (5)鉴于不可避免的系统误差，本文提出了三维重建的鲁棒算法。并提出 了多摄像头融合重建的修正方法，提高了重建的精度。在标记点二维跟踪的基础 上，本文算法的计算次数大大降低。 (6)采用加速B样条插值算法、非对称混合方法和隐马尔可夫模型建立了实 用的运动编辑系统，包括运动路径规划、运动混合和运动重组三个部分。运动路 径规划采用B样条插值算法，使运动路径更加自然，而且可以局部修改运动路径； 非对称运动混合可以在定义主运动和从运动的基础上，设置特定参数，得到混合 数据。基于隐马尔可夫理论，将运动数据看作连续信号，通过调整模型参数，可 以生成新的运动数据。 相信，随着计算机技术的进一步发展和图形图像学的发展，运动捕捉及编辑 技术也会迅速发展，应用范围也会更加广泛。 关键词：光学运动捕捉，摄像机标定，标记点跟踪，三维重建，卡尔曼滤波，运 动编辑，隐马尔可夫模型