一種基于次級(jí)控制器的精細(xì)動(dòng)畫制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三維動(dòng)畫技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于次級(jí)控制器的精細(xì)動(dòng)畫制作方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 三維動(dòng)畫技術(shù)，是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新興技術(shù)， 可以方便快捷地制作出滿足導(dǎo)演需求的三維動(dòng)畫或影視特效鏡頭。
[0003] 三維動(dòng)畫片的制作原理一般為：首先，利用三維動(dòng)畫制作工具（比如3dsMax、 Maya或Houdini)在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)虛擬的世界；然后，在這個(gè)虛擬的三維世界中添加場(chǎng) 景和三維卡通角色等三維模型；最后，設(shè)定模型的動(dòng)畫曲線、虛擬攝影機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡和其它 動(dòng)畫參數(shù)，渲染得到角色動(dòng)畫。
[0004] 由于三維動(dòng)畫技術(shù)具備可精確模擬真實(shí)景象、幾乎無(wú)創(chuàng)作限制等特點(diǎn)，目前被廣 泛應(yīng)用于娛樂(lè)、教育、軍事等諸多領(lǐng)域。
[0005] 在利用現(xiàn)有三維動(dòng)畫制作工具制作角色動(dòng)畫時(shí)，常常使用融合變形方法（Blend shape)，也就是制作多個(gè)動(dòng)畫后的目標(biāo)模，然后調(diào)節(jié)各個(gè)目標(biāo)模的權(quán)重，融合模型上的頂 點(diǎn)，從而得到從原始模型逐步過(guò)所需最終變形模型的動(dòng)畫效果。為了給角色的肢體動(dòng)畫或 表情動(dòng)畫，添加更為豐富的細(xì)節(jié)變化，比如眉毛的上挑，往往需要在融合變形的結(jié)果上添加 次級(jí)控制器進(jìn)行局部調(diào)節(jié)。所謂次級(jí)控制器，就是由單一關(guān)節(jié)點(diǎn)（joint)組成的骨骼綁定 系統(tǒng)，它由關(guān)節(jié)點(diǎn)自身的位置信息，位移旋轉(zhuǎn)信息，以及所影響的多邊形點(diǎn)的權(quán)重系統(tǒng)組 成。但是三維軟件中，往往會(huì)為每個(gè)次級(jí)控制器生成一個(gè)獨(dú)立的權(quán)重系統(tǒng)，然后順序處理這 些控制系統(tǒng)，而在調(diào)試表情動(dòng)畫時(shí)往往會(huì)添加數(shù)十個(gè)次級(jí)控制器，造成動(dòng)畫師調(diào)試動(dòng)畫時(shí) 動(dòng)畫的變形會(huì)很緩慢，難以交互的看到動(dòng)畫效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于次級(jí)控制器的精細(xì)動(dòng)畫制作方法，能夠提供一 種更為精細(xì)和迅速的骨骼動(dòng)畫調(diào)節(jié)方式。
[0007] 一種基于次級(jí)控制器的精細(xì)動(dòng)畫制作方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1、將動(dòng)畫中設(shè)置的次級(jí)控制器綁定在多邊形模型中對(duì)應(yīng)的多邊形面上，并確 定各個(gè)次級(jí)控制器在各自所在多邊形面上的質(zhì)心坐標(biāo)；
[0009] 其中，所述質(zhì)心坐標(biāo)的定義如下：對(duì)于空間中的任意多邊形，設(shè)vl、v2、V3…vn分 別表示多邊形的n個(gè)頂點(diǎn)在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，則該多邊形內(nèi)任一點(diǎn)P的坐標(biāo)表示為： xlXvl+x2Xv2+x3Xv3+…+xnXvn，且xl+x2+x3+…+xn= 1，即點(diǎn)P在該多邊形面上的質(zhì) 心坐標(biāo)為：（xl，x2,x3,…，xn);
[0010] 所述全局坐標(biāo)系定義為：在所述多邊形模型所在三維空間的位置固定的任意一個(gè) 笛卡爾坐標(biāo)系；
[0011] 步驟2、根據(jù)步驟1的綁定結(jié)果，提取出次級(jí)控制器對(duì)于多邊形模型中各多邊形面 上頂點(diǎn)的影響權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，然后將所有次級(jí)控制器對(duì)同一頂點(diǎn)的影響權(quán)重?cái)?shù)據(jù)沿行的方向依 次排列，由此形成一個(gè)權(quán)重?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)，則該權(quán)重?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)中的第一行對(duì)應(yīng)各頂點(diǎn)序列號(hào)，第 一列表示綁定在該多邊形模型上的次級(jí)控制器的序列號(hào)，則第h行與第k列相交處的數(shù)據(jù) 就是第h個(gè)頂點(diǎn)受第k個(gè)次級(jí)控制器影響的權(quán)重值，其中，h和k均不等于1 ;
[0012] 步驟3、根據(jù)步驟1得到的次級(jí)控制器的質(zhì)心坐標(biāo)以及步驟2得到的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)系 統(tǒng)，在每一動(dòng)畫幀處，計(jì)算出所有次級(jí)控制器對(duì)多邊形模型上各頂點(diǎn)精細(xì)調(diào)整后的全局位 置坐標(biāo)，由此獲得由次級(jí)控制器控制得到的精細(xì)動(dòng)畫效果，具體方法如下：
[0013] S31、利用三維制作工具中自帶的骨骼綁定或融合變形模塊設(shè)定多邊形模型的宏 觀形變動(dòng)畫；
[0014] S32、針對(duì)每一個(gè)次級(jí)控制器，依據(jù)劇情需要，在所述宏觀形變動(dòng)畫對(duì)應(yīng)的所有幀 序列中選擇一個(gè)以上的關(guān)鍵幀，然后在每個(gè)次級(jí)控制器對(duì)應(yīng)的每個(gè)關(guān)鍵幀處，根據(jù)該次級(jí) 控制器所在多邊形面各頂點(diǎn)在當(dāng)前關(guān)鍵幀時(shí)刻宏觀形變后的全局坐標(biāo)，結(jié)合步驟1中次級(jí) 控制器的質(zhì)心坐標(biāo)，得到每個(gè)次級(jí)控制器在全局坐標(biāo)系中的位置；
[0015] S33、首先，依據(jù)S32中獲取的次級(jí)控制器的在全局坐標(biāo)系中的位置，將次級(jí)控制 器顯示在三維動(dòng)畫制作工具的屏幕上，動(dòng)畫師根據(jù)劇情需要設(shè)置在當(dāng)前關(guān)鍵幀處，該次級(jí) 控制器在局部坐標(biāo)系中的精細(xì)形變，所述精細(xì)形變表示為平移變換、旋轉(zhuǎn)變換和縮放變換 中的任意一種、兩種或三種；所述局部坐標(biāo)系是指：針對(duì)所述全局坐標(biāo)系中的多邊形模型 上的任意多邊形面，以該多邊形面的質(zhì)心為原點(diǎn)，在多邊形面上通過(guò)原點(diǎn)并互相垂直的兩 個(gè)方向?yàn)閤軸和y軸，過(guò)原點(diǎn)并垂直該多邊形面的軸為z軸；
[0016] 然后，得到所述精細(xì)形變相對(duì)于幀序列中的第0幀的局部變換矩陣；
[0017] 最后，針對(duì)每個(gè)次級(jí)控制器對(duì)應(yīng)的除關(guān)鍵巾貞外的任一巾貞k，執(zhí)彳丁步驟S34至S35 ;
[0018] S34、根據(jù)S33中設(shè)定的各次級(jí)控制器的所有關(guān)鍵幀處，確定與k幀前、后相鄰的兩 個(gè)關(guān)鍵幀，在該兩個(gè)關(guān)鍵幀的局部變換矩陣之間做插值，得到k幀對(duì)應(yīng)的局部變換矩陣，然 后依據(jù)局部坐標(biāo)系和全局坐標(biāo)系之間的關(guān)系，將其轉(zhuǎn)換為全局變換矩陣；
[0019] S35、針對(duì)多邊形模型中的任一頂點(diǎn)i，通過(guò)查找步驟二中權(quán)重?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)的二維 數(shù)據(jù)表，得到次級(jí)控制器j對(duì)頂點(diǎn)i的權(quán)重;令/f表示k幀時(shí)頂點(diǎn)i在S31步驟中宏 觀形變動(dòng)畫后的全局位置，則經(jīng)所有次級(jí)控制器精細(xì)調(diào)整后的頂點(diǎn)i全局位置坐標(biāo)為： XM/)X # ;以此類推，獲得多邊形模型上各頂點(diǎn)的全局位置坐標(biāo)，得到k幀時(shí)精細(xì) j 調(diào)整后的變形效果，由此獲得由次級(jí)控制器控制得到的精細(xì)動(dòng)畫效果。
[0020] 所述步驟1中，綁定次級(jí)控制器的方法為：以光標(biāo)所在位置作為視線原點(diǎn)，攝像機(jī) 朝向作為視線方向，沿該視線方向向多邊形模型做射線，然后將該射線與多邊形模型進(jìn)行 相交檢測(cè)；距離攝像機(jī)最近且與所述射線相交的多邊形面就是次級(jí)控制器所在的多邊形， 相交檢測(cè)到的交點(diǎn)即為次級(jí)控制器的位置。
[0021] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0022] 本發(fā)明的精細(xì)動(dòng)畫制作方法，通過(guò)確定每個(gè)次級(jí)控制器所在的多邊形（四邊形或 三角形）以及在該多邊形內(nèi)的局部坐標(biāo)；導(dǎo)出每個(gè)次級(jí)控制器的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，合并為單一的 權(quán)重系統(tǒng)，相對(duì)于一個(gè)次級(jí)控制器對(duì)應(yīng)導(dǎo)出一個(gè)權(quán)重系統(tǒng)的傳統(tǒng)方式，本發(fā)明的方法可以 提高動(dòng)畫調(diào)試的速度；同時(shí)，進(jìn)行骨骼綁定所致的動(dòng)畫后，錄下次級(jí)控制器相對(duì)于它自身的 局部坐標(biāo)系的位移旋轉(zhuǎn)變換矩陣M，然后根據(jù)次級(jí)控制器對(duì)多邊形模型上各頂點(diǎn)的權(quán)重，累 積所有次級(jí)控制器的變換效果，實(shí)現(xiàn)了次級(jí)控制器控制的精細(xì)動(dòng)畫效果，相對(duì)于現(xiàn)有三維 軟件中的次級(jí)控制器，其創(chuàng)建更新控制器位置的節(jié)點(diǎn)和控制器調(diào)整多邊形模型上頂點(diǎn)位置 的節(jié)點(diǎn)，否則會(huì)構(gòu)成有向有環(huán)圖，即控制器位置更新導(dǎo)致多邊形面頂點(diǎn)位置更新，導(dǎo)致控制 器位置更新，無(wú)限循環(huán)下去，因此本發(fā)明的方法進(jìn)一步解決了現(xiàn)有三維軟件中添加多個(gè)次 級(jí)控制器后角色動(dòng)畫調(diào)試變慢的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的合并后的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025] 本發(fā)明的一種基于次級(jí)控制器的精細(xì)動(dòng)畫制作方法，包括如下步驟：
[0026] 步驟1、將動(dòng)畫中設(shè)置的次級(jí)控制器綁定在多邊形模型中對(duì)應(yīng)的多邊形面上，并 確定各個(gè)次級(jí)控制器在各自所在多邊形面上的質(zhì)心坐標(biāo)；其中，所述質(zhì)心坐標(biāo)的定義如下： 對(duì)于空間中的任意多邊形，設(shè)vl、v2、v3…vn分別表示多邊形的n個(gè)頂點(diǎn)在全局坐標(biāo)系 中的坐標(biāo)，則該多邊形內(nèi)任一點(diǎn)P的坐標(biāo)表示為：xlXvl+x2Xv2+x3Xv3+*"+xnXvn，且 xl+x2+x3+…+xn= 1，即點(diǎn)P在該多邊形面上的質(zhì)心坐標(biāo)為：（xl，x2,x3,…，xn);
[0027] 所述全局坐標(biāo)系定義為：在所述多邊形模型所在三維空間的位置固定的任意一個(gè) 笛卡爾坐標(biāo)系；
[0028] 為了方便綁定師對(duì)模型細(xì)節(jié)調(diào)節(jié)，次級(jí)控制器的綁定過(guò)程被設(shè)計(jì)為交互式過(guò)程， 綁定師只需在模型觀察窗口中將鼠標(biāo)移動(dòng)到某個(gè)多邊形上，按下鼠標(biāo)即可，工具將自動(dòng)在 該多邊形上與鼠標(biāo)位置處攝像機(jī)視線相交的點(diǎn)處放置次級(jí)控制器，并自動(dòng)在三維軟件中生 成一個(gè)缺省的權(quán)重系統(tǒng)。
[0029] 在