[發明專利]一種三維角色循環動畫的自動累積方法

有效

• 申請號: 201510085169.6
• 申請日: 2015-02-17
• 公開（公告）號: CN104616335B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 吳峰風;李朋
• 申請（專利權）人: 北京春天影視科技有限公司
• 主分類號: G06T13/40
• 分類號: G06T13/40
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 劉芳,仇蕾安

技術領域

本發明屬于三維動畫設計技術領域，具體涉及一種三維角色循環動畫的自動累積方法。

背景技術

三維動畫技術，是近年來隨著計算機軟硬件技術的發展而產生的一種新興技術，可以方便快捷地制作出滿足導演需求的三維動畫或影視特效鏡頭。

三維動畫片的制作原理一般為：首先，利用三維軟件(比如3ds Max、Maya或Houdini)在計算機中建立一個虛擬的世界；然后，在這個虛擬的三維世界中添加場景和三維卡通角色等三維模型；最后，設定模型的動畫曲線、虛擬攝影機的運動軌跡和其它動畫參數，渲染得到角色動畫。

由于三維動畫技術具備可精確模擬真實景象、幾乎無創作限制等特點，目前被廣泛應用于娛樂、教育、軍事等諸多領域。

針對娛樂領域的應用，通常需要根據設計師提供的卡通人物造型，制作相應的三維動畫角色和骨骼綁定系統，并通過在不同的時間點設置不同的關鍵幀數值，從而使之具備符合角色性格、年齡或其他特征的逼真動作。

當前動畫制作，常用技術主要分為關鍵幀技術，基于真人表演的動作捕捉技術，以及物理模擬技術三類。后兩類技術具有自動化操作、快速逼真的特點，無需動畫師設置關鍵幀，節省了大量人力，但是對于卡通角色非物理真實的夸張動作無能為力。在制作卡通角色動畫時，為節省時間，動畫師往往制作出一個周期內的動作，然后循環播放，構成一段連續的動畫，比如角色的行走、跑動，都可以分解為兩腳各邁出一步的動作的周期反復。

但是，僅是循環播放，會使角色在原地踏步。另外，為了使角色的行走、跑動等動畫看起來不像機械運動，需要在循環周期內加入更多的細節變化，使角色的動作在整個運動過程中不是完全機械的重復前一個周期的動作。當前，三維動畫制作工具并沒有提供完善的解決方案，需要動畫師手動更新角色的位置以避免原地不動，并根據角色的運動路徑，對角色身上各部位的運動進行相應的手工修正，比如沿曲線運動時兩腳的位移和角度變化是略有差異的。本發明的目的就是針對以上制作中常見問題，提供一種自動化的快速解決方案。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種三維角色循環動畫的自動累積方法，該方法能夠快速生成角色沿平面上路徑運動的動畫。

本發明的技術方案如下：

一種三維角色循環動畫的自動累積方法，具體步驟為：

步驟一，針對已經完成骨骼綁定的三維角色模型，將角色腹部中心點R作為三維角色模型的基準點，以角色腹部中心點作為坐標原點，計算角色各部位對應的控制器C_k的相對位置Q_k，k＝0,1,2……K-1，K為控制器的總數，所述相對位置Q_k為在以角色腹部中心點作為坐標原點的坐標系下計算；沿角色移動路徑S進行等間距采樣，計算出各采樣點處路徑曲線的法線N_n和切線T_n；

S101、根據動畫師制作的腳部循環動畫中的步幅，得到三維角色在一個循環動畫周期內的位移d，即左右腳各邁一步后的位移；

S102、設三維角色的移動路徑S的長度為L，則N＝L/d為移動路徑上的采樣點數量，在移動路徑S上進行等間距為d的采樣，獲得采樣點S_n；

步驟二，根據所述N_n和切線T_n，計算連續兩個采樣點之間的旋轉變換矩陣M_n；基于所述旋轉變換矩陣M_n和各部位對應的控制器C_k的相對位置Q_k，計算三維角色各部位對應的控制器C_k的步幅變換因子Step_n，具體步驟如下：

1)計算出采樣點S_n處切線矢量T_n相對于采樣點S_n-1處切線矢量T_n-1的旋轉變換矩陣M_n；

2)計算出三維角色各部位對應的控制器C_k在采樣點S_n處相對于采樣點S_n-1處的位移deltaP_n＝M_n·Q_k+(P_n-P_n-1)。則采樣點S_n處的步幅變換因子Step_n＝|deltaP_n|/d；