[發明專利]二維角色表現三維動作的系統及方法

無效

• 申請號: 201310259777.5
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103514619A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 盧澤人;林文智;吳名珠;謝德全;李仁志;黃勝彥
• 申請（專利權）人: 甲尚股份有限公司
• 主分類號: G06T13/00
• 分類號: G06T13/00
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

技術領域

本發明是一種讓二維角色(2D?Character)能表現三維動作的系統及方法。通過分析人體三維動作數據(3D?Human?Motion?Data)，以取得三維動作數據中人體各部位的角度、坐標及深度的運動資訊，并通過圖片集合(Sprite)與三維動作的配對的方式，讓二維角色身體的每個部位圖像皆能依照三維動作的資訊，達到具有深度資訊的視覺表演效果。

背景技術

二維動畫(2D?Cut-out?Animation)與三維動畫(3D?Animation)最大的不同之處在于二維動畫只有左右(X軸)及上下(Y軸)的資訊，并沒有深度(Depth)即前后(Z軸)的概念。由于二維動畫缺乏深度設計，因此現實狀況中三維的動作并不適合直接給予二維的角色使用，否則會出現許多視覺上的錯誤。為了表演出二維動畫物件的能套用三維的動作數據，德國學者Alexander?Hornung,Ellen?Dekkers,Leif?Kobbelt等人在2007年曾提出「Character?Animation?from2D?Pictures?and3D?Motion?Data」的方法，但此方法的表演受限于二維角色的面向，只能表現出單一面向的動畫，若是三維動作中包括面向的轉換，例如動作由正面轉向側面或轉向背面時，則此方法現將無法讓二維角色做出正確的三維表演動作。

發明內容

本發明的主要目的是提出一種讓二維角色(2D?Character)能表現左右(X軸)、上下(Y軸)及前后(Z軸)的三維動作的系統及方法。本發明是分析所輸入的人體三維動作數據(3D?Human?Motion?Data)，以取得三維動作數據中人體各部位的角度、坐標及深度的運動資訊，并通過圖片集合(Sprite)與三維動作的配對的方式，讓二維角色身體的每個部位圖像皆能依照三維動作的角度資訊，切換到符合該角度的合理圖片，并根據三維動作深度及角度資訊，調整二維角色各部位的圖像的大小或變形，讓二維角色能如同三維角色般達到具有深度資訊的正面表演、側身表演、轉身表演或背面表演等視覺表演效果。

為了達到上述目的，本發明提供一種讓二維角色能表現三維動作的系統，該系統至少包括:

一三維動作載入單元，用以將人體三維動作數據對應至一虛擬骨架，并將所有動作數據以矩陣方式記錄下來以得到一動作骨架世界矩陣；

一虛擬攝影機轉換單元，該單元首先架設虛擬攝影機用以觀察三維動作及其虛擬骨架以定義一個觀察三維動作的觀察視點，該觀察視點可以是三維世界中的任何位置，該單元接著計算動作角度以推算出三維表演動作進行時人體各部位的旋轉及角度資訊，可得到以虛擬攝影機觀察點為視角進行推算的表演動作角度矩陣，該單元接著將三維坐標轉換為二維坐標及深度以取得三維動作及其虛擬體架在表演時各身體部位，即節點的坐標與深度資訊;

一二維動作轉換單元，該單元首先執行Sprite?Angle計算以決定一個Sprite在呈現三維動作時以哪一個角度的圖來顯示，得到Sprite?Angle之后接下來就是決定角度刻度與Sprite圖片組的內所有圖片的對應關系，接著執行一二維旋轉計算步驟，接著執行一二維尺度縮放與自由形變計算步驟，接著執行一深度關系轉換的計算步驟;及

一顯示單元用以處理及輸出呈現一結果。

其中，該虛擬攝影機轉換單元計算動作角度乃在于推算出三維表演動作進行時人體各部位的旋轉及角度資訊，由于三維動作本身并不帶有人體各個部位在運動時的旋轉及角度資訊，因此通過該虛擬攝影機的觀察結果，將虛擬攝影機對人體三維動作及其虛擬骨架的關系，用以看向三維世界中心點的相對方式，做為判斷人體三維動作角度的基準，即得到以虛擬攝影機觀察點為視角進行推算的表演動作角度矩陣Virtual?Camera?Transformation?Matrix;VCM，其公式如下:

其中，Motion?Angle以(Theta,Phi)表示，Theta為水平角度，Phi為垂直角度。

其中，該虛擬攝影機轉換單元將三維坐標轉換為二維坐標及深度的主要目的為取得三維動作及其虛擬體架在表演時各身體部位，即節點的坐標與深度資訊，通過該三維動作載入單元所計算產出的動作骨架世界矩陣及所產出的虛擬攝影機轉換矩陣，即可求得人體各部位，即節點,Joint?Point;JP的三維坐標及深度，其公式如下:

Joint?Position(x,y,z)=[0,0,0]*WM*VCM