[發(fā)明專利]計算機三維動畫系統(tǒng)及動畫方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110278278.1
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN102999934A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁樺;張玉;賴奇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海威塔數(shù)字科技有限公司
• 主分類號: G06T13/20
• 分類號: G06T13/20;G06T19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維計算機動畫領(lǐng)域的系統(tǒng)，特別是具有人物角色等的分層結(jié)構(gòu)的復雜物體的三維計算機動畫模塊。

背景技術(shù)

以前，在用三維計算機制圖(以下簡稱3D?CG)將動物或人等人物生成動畫圖像時，使用順序運動學和基于骨架法的關(guān)節(jié)角的主畫面法(參照例如非專利文獻1)作為廣義的主畫面法。下面用圖2至圖4簡單說明這些方法。

人物的動作，用圖2的骨架結(jié)構(gòu)的路徑方向和移動生成身體整體的動作，通過骨架結(jié)構(gòu)在關(guān)節(jié)部的局部坐標的變換生成身體的局部動作。通過移動其表面形狀使其與該骨架結(jié)構(gòu)的動作相一致就成為人物的動作。作為關(guān)節(jié)位置上的局部坐標系的變換，一般用4×4矩陣，雖然能表達關(guān)節(jié)處的回轉(zhuǎn)或平行移動，但一般使關(guān)節(jié)沒有平行移動的自由度而只有旋轉(zhuǎn)的自由度。這一回轉(zhuǎn)角叫作關(guān)節(jié)角。使這些變換按照從路徑到骨架結(jié)構(gòu)的鏈接依次進行決定身體各部位的狀態(tài)，作為在路徑的坐標系(一般取宇宙坐標系)中的動作表示，根據(jù)其身體部位的動作決定身體整體的位置和方向，這樣的方法稱為順序運動學。它們在各時刻(每一顯示幀頻)的重復，就成為作為隨時間而動表達的動畫。并且要有與幀頻相一致的關(guān)節(jié)角數(shù)據(jù)，但關(guān)節(jié)角的主畫面法只將其抽樣時刻的關(guān)節(jié)角數(shù)據(jù)(關(guān)鍵數(shù)據(jù))作為數(shù)據(jù)保存，在此以外的時刻的關(guān)節(jié)角用關(guān)鍵數(shù)據(jù)的插值計算法算出。

一般，為了與3D?CG人物動畫時，特別是游戲等人機對話的應用程序相對應，大多使用根據(jù)圖7(a)所示的狀態(tài)變換圖反復進行動作變換、生成一連串的CG人物的動作的方法。在使用上述以前的方法時，圖7(a)的基本狀態(tài)或動作A、……、動作E用上述第2以前示例中所描述的3D?CD動畫生成方法制成。并且，如圖7(a)所示的那樣，包括基本狀態(tài)的6種動作狀態(tài)根據(jù)狀態(tài)變換不斷地變換。如果要生成伴隨更多多樣性的動作，就需要相應的動作數(shù)據(jù)，增大了數(shù)據(jù)量。

而且，在有例如“甩手走路”動作和“坐到椅子上”的動作時，如果不重新將該動作的整體做成1個動作合并到狀態(tài)變換中，則“甩手坐到椅子上”這樣的動作就不出現(xiàn)在CG人物的動作中。這種狀況在包含表情動作時更明顯，在即使身體動作相同而面部表情不同時，所有的面部表情都必須做成與每一個身體動作統(tǒng)一的動作。當然，做成動作數(shù)據(jù)時的工作可以再利用身體動作中的，因此可以省略，但數(shù)據(jù)量不能削減。在例如存儲環(huán)境少的儀器時，由于這樣的數(shù)據(jù)量的增加是致命的，因此為了減少數(shù)據(jù)量，就不得不減少動作的種類，其結(jié)果是感覺不到CG人物動作的多樣性，使用者很快就厭煩了。

其次，實際的人的動作常常會出現(xiàn)握持物體，特別是道具等這樣的情況。但是，這樣的現(xiàn)實世界中經(jīng)常容易發(fā)生的事情如果用以前的CG人物的動畫方法來進行，存在以下問題。

第一個問題，由于握持物體的狀態(tài)與沒有握持的狀態(tài)其骨架結(jié)構(gòu)是不同的，因此必須要有未握持狀態(tài)下的形狀數(shù)據(jù)和握持狀態(tài)下的形狀數(shù)據(jù)，物的種類有多少，CG人物數(shù)據(jù)就需要多少。第二問題，由于上述骨架結(jié)構(gòu)不同，即使身體動作數(shù)據(jù)相同，也必須要有握持物體狀態(tài)下與未握持物體狀態(tài)下的2種動作。因此，即使同樣的動作，形狀數(shù)據(jù)和動作數(shù)據(jù)也差不多變成2倍的數(shù)據(jù)量。在這樣的狀態(tài)下，如果要實現(xiàn)上述那樣的包括表情動作的動作的多樣性，數(shù)據(jù)量就爆炸性地增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是鑒于上述問題，其目的就是要提供一種極力排除造成上述問題的原因的數(shù)據(jù)的冗余性、能夠以比以前少的合適的數(shù)據(jù)量實現(xiàn)多樣的CG人物動畫的計算機三維動畫系統(tǒng)。

并且，本發(fā)明的另一個目的是實現(xiàn)能夠容易地進行握有附屬屬性組、物體這樣的形狀或者分層結(jié)構(gòu)等的追加或消除的計算機三維動畫系統(tǒng)。

技術(shù)方案

為了解決上述問題，本發(fā)明的顯示人物圖像的計算機三維動畫系統(tǒng)，其特征在于，包括：處理分層結(jié)構(gòu)模塊的分層結(jié)構(gòu)處理模塊，該分層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為表示構(gòu)成所述人物的多個部位的分層結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)；處理屬性組的屬性組處理模塊，該屬性組表示將所述多個部位的集合作為一個屬性組、在對應的多個屬性組中該屬性組與所述部位的對應關(guān)系；動作數(shù)據(jù)處理模塊，保存使動作分別與登記在所述屬性組中的多個屬性相對應的動作數(shù)據(jù)；動畫控制模塊，進行所述動作數(shù)據(jù)、所述屬性組及所述分層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的指定；動畫算法模塊，根據(jù)遵從所述動畫控制模塊的輸入的所述動作數(shù)據(jù)、所述屬性組及所述分層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，計算出表示所述人物的形狀隨時間的變化的形狀數(shù)據(jù)。