綿陽(yáng)實(shí)時(shí)角色動(dòng)畫(huà)技術(shù)大體可分為三種類(lèi)型制作詳細(xì)說(shuō)明
第3章3.1 前言角 色 “角色”一詞的源于戲劇，自1934年米德(G．H. Mead)首先運(yùn)用角色的概念來(lái)說(shuō)明個(gè)體在社會(huì)舞 臺(tái)上的身份及其行為以后，角色的概念被廣泛應(yīng)用于社會(huì)學(xué)與心理學(xué)的研究中。第3章 角色*23支， 是建模軟件、動(dòng)畫(huà)制作軟件的必備功能，目前主要應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)，視頻游戲等領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)硬 件技術(shù)的發(fā)展，特別是具有硬件加速功能的顯卡性能的大幅度提高，實(shí)時(shí)渲染的角色動(dòng)畫(huà)技術(shù)得到了 較快的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。目前，實(shí)時(shí)角色動(dòng)畫(huà)技術(shù)大體可分為三種類(lèi)型。
第一類(lèi)是關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)(joint animation)--]。關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)中的角色模型由若干相互獨(dú)立的部分組成（ 見(jiàn)圖3.1）。每一部分對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)格模型，對(duì)應(yīng)于某一個(gè)身體關(guān)節(jié)，不同的部分按照角色的身體 特征組織成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)。比如，一個(gè)人體模型可以由頭、身體、右上臂、右小臂、右手、左上臂、 左小臂、左手、右大腿、右小腿、右腳、左大腿、左小腿、左腳等部分組成。而某個(gè)部分，可能是另 一個(gè)部分的子節(jié)點(diǎn)，同時(shí)又是另一個(gè)部分的父節(jié)點(diǎn)。通過(guò)改變不同關(guān)節(jié)之間的相對(duì)位移和夾角，就可 以實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)畫(huà)效果。
圖3.1 關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)組織結(jié)構(gòu)圖 關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)的優(yōu)點(diǎn)是：在動(dòng)畫(huà)的每個(gè)關(guān)鍵幀中只需存儲(chǔ)關(guān)節(jié)之間的相對(duì)變化，因此動(dòng)畫(huà)文件需要的 存儲(chǔ)空間很小。缺點(diǎn)是：在關(guān)節(jié)之間的連接處往往會(huì)有明顯的接縫，這會(huì)對(duì)模型的真實(shí)感造成嚴(yán)重影 響。目前關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)的應(yīng)用范圍主要集中在輔助教學(xué)領(lǐng)域。
第二類(lèi)是關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)(key-frame animation)也叫頂點(diǎn)動(dòng)畫(huà)(vertex animation)‘3)。這種動(dòng)畫(huà)的 角色模型由一系列的漸變網(wǎng)格構(gòu)成，并在動(dòng)畫(huà)序列的每一個(gè)關(guān)鍵幀中記錄著每個(gè)頂點(diǎn)的當(dāng)前位置信息 。通過(guò)在相鄰關(guān)鍵幀之間差值來(lái)更新網(wǎng)格模型中頂點(diǎn)的位置就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)效果。相對(duì)于關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)， 關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)不存在關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)的接縫問(wèn)題，角色也更逼真，并且由于頂點(diǎn)的位置是直接獲得的，相對(duì)于 關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)其計(jì)算量也很小。但是，這類(lèi)動(dòng)畫(huà)的靈活性很差，很難使角色實(shí)時(shí)地與環(huán)境進(jìn)行交互。另一 方面，由于關(guān)鍵幀中要存儲(chǔ)所有頂點(diǎn)的信息，動(dòng)畫(huà)文件白勺存儲(chǔ)空間很大。目前，關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)的主要 應(yīng)用對(duì)象是一些頂點(diǎn)數(shù)目有限的角色模型，并且需要的動(dòng)畫(huà)單一，比如游戲中的小動(dòng)物等，此時(shí)用不 大的空間開(kāi)銷(xiāo)來(lái)?yè)Q取計(jì)算時(shí)間的節(jié)省，是比較有效的方法。
第三類(lèi)是骨骼動(dòng)畫(huà)( skeletal animation)。骨骼動(dòng)畫(huà)可以看做是關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)和關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)的結(jié)合， 同時(shí)兼有關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)的靈活多變和關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)的自然逼真。接下來(lái)將詳細(xì)介紹骨骼蒙皮動(dòng)畫(huà)的技術(shù)細(xì)節(jié) 。 24 *數(shù)，?。簞?dòng)畫(huà)創(chuàng)作與后期視頻處理技術(shù)*3.2.2 骨骼動(dòng)畫(huà)原理 骨骼動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)思路是從人身體的運(yùn)動(dòng)方式而來(lái)的，它基于面模型的方法把角色建模分為兩層： 骨架層( skeleton layer)和皮膚層(skin layer)。與基于層次式模型方法不同，骨骼動(dòng)畫(huà)建模不考慮 中間的脂肪層( fat layer)和肌肉層(muscle layer)。 骨骼層描述了角色的骨架結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3.2(a))。類(lèi)似于關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)中的關(guān)節(jié)。骨骼動(dòng)畫(huà)中的骨骼按照 角色的身體特征組成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)。相鄰的骨骼通過(guò)關(guān)節(jié)相連，并且可以做相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)改變相 鄰骨骼間的夾角、位移，組成角色的骨骼就可以通過(guò)影響外面的皮膚層模擬出不同的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn) 各種動(dòng)畫(huà)效果。
(a) (b) 圖3.2 骨骼動(dòng)畫(huà)的骨骼結(jié)構(gòu)圖(f1)和角色模型圖(b) 蒙在骨骼之上的皮膚層，本質(zhì)上是一個(gè)蒙皮( skin)模型(見(jiàn)圖3.2(b))，它提供動(dòng)畫(huà)繪制所需要的 幾何模型信息，定義了角色的外觀。這里的皮膚不是固定不變的剛性網(wǎng)格，而是可以在骨骼影響下自 由變形的網(wǎng)格。類(lèi)似于關(guān)鍵幀中的頂點(diǎn)網(wǎng)格，每個(gè)角色模型只保存一個(gè)網(wǎng)格模型的數(shù)據(jù)；而不同于關(guān) 鍵幀動(dòng)畫(huà)，動(dòng)畫(huà)文件不需要為每個(gè)關(guān)鍵幀保存頂點(diǎn)信息。
3.2.3 骨骼動(dòng)畫(huà)創(chuàng)建 骨骼動(dòng)畫(huà)的創(chuàng)建過(guò)程其實(shí)就是預(yù)處理的過(guò)程，這一過(guò)程是由美術(shù)創(chuàng)作荇完b1：；的，必要的時(shí)候 可能會(huì)分別由3D建模工程師和3D動(dòng)畫(huà)工程師分別完成模型構(gòu)建和動(dòng)i田陸g作丁作。同時(shí)，也需要跟程 序開(kāi)發(fā)者有良好的溝通，比如模型的骨架層次定義、模型子1叼格劃分等。下面就對(duì)模型構(gòu)建和動(dòng)畫(huà)制 作分別予以討淪。這里儀研究骨骼動(dòng)i面技術(shù)，計(jì)1<涉硬動(dòng)1研領(lǐng)域的藝術(shù)，l㈠：?jiǎn)栴}，簡(jiǎn)單說(shuō)明美術(shù) 創(chuàng)作者的丁作性質(zhì)也是為了便于討淪骨骼動(dòng)1DI Di涉故的原始數(shù)據(jù)構(gòu)成。方便對(duì)骨骼動(dòng)i畫(huà)有完整的理 解。
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