CN101436310B - 二维动画制作过程中的中间帧自动生成的方法 - Google Patents

Abstract

二维动画制作过程中的中间帧自动生成的方法，它涉及一种二维动画制作过程中的中间帧自动生成的方法，以解决目前使用的二维动画制作软件无法在镜头中的人物形象或场景结构比较复杂的情况下自动生成中间帧的问题。将绘制的线条闭合为封闭区域后，计算每个图层中各个区域的匹配关系，对得到的匹配区域的矢量表示选取特征点进行特征点匹配，最后对Beizer曲线在参数域进行插值，达到自动生成两个关键帧之间的中间帧的目的，使动画制作者从繁重的中间帧制作的环节中解放出来，从而有更多的精力投入到更有创意的创作之中。

Description

二维动画制作过程中的中间帧自动生成的方法

技术领域

本发明涉及一种二维动画制作过程中的中间帧自动生成方法，属于数字娱乐领域。

背景技术

在传统的二维动画制作过程中，中间帧的制作是最耗时费力的环节之一，目前的二维动画制作领域中还没有任何一款软件能够在仅提供若干关键帧的情况下自动生成关键帧之间的中间帧。虽然市场上的主流动画软件品牌如Toonz、Toonboom和Retas等提供了一些自动生成关键帧的功能，但只适用于如圆形、正方形等基本形状的中间帧生成，使用过程中也有诸多的限制和约束。在二维动画的实际制作过程中，经常会出现在一个镜头中出现多个人物形象或场景的结构比较复杂的情况，而上述的动画软件无法为之自动生成中间帧。

发明内容

本发明为解决目前使用的二维动画制作软件无法在镜头中的人物形象或场景结构比较复杂的情况下自动生成中间帧的问题，提供一种二维动画制作过程中的中间帧自动生成的方法。本发明包括以下的步骤：

步骤一：将关键帧的前景和背景在不同的图层中绘制，并将初始关键帧和结束关键帧作为中间帧的编辑基准，对关键帧的线条编辑可采用基于梯度变形域的拉普拉斯编辑算法；

步骤二：将每个图层中的图像的线条闭合为封闭区域；

步骤三：利用拓扑图匹配建立初始关键帧和结束关键帧的区域间的匹配关系；

步骤四：根据匹配关系对匹配区域轮廓线进行矢量化；

步骤五：在不同图层的封闭区域中，提取矢量化的轮廓线的特征点，并进行特征点匹配；

步骤六：根据特征点匹配的结果，对矢量化的轮廓线进行插值获得中间帧。

发明效果：本发明将绘制的线条闭合为封闭区域后，计算每个图层中各个区域的匹配关系，对得到的匹配区域的矢量表示选取特征点进行特征点匹配，最后对Beizer曲线在参数域进行插值，达到自动生成两个关键帧之间的中间帧的目的，使动画制作者从繁重的中间帧制作的环节中解放出来，从而有更多的精力投入到更有创意的创作之中。

附图说明

图1是本发明的中间帧自动生成的方法流程图；图2a至图2e是矢量化轮廓线的插值示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1、图2a至图2e，本实施方式由以下步骤组成：

步骤一：将关键帧的前景和背景在不同的图层中绘制，将初始关键帧和结束关键帧作为中间帧的编辑基准，对关键帧的线条编辑可采用基于梯度变形域的拉普拉斯编辑算法，绘制过程中可以在每个图层中绘制不超过一个的角色，以简化匹配算法的复杂度；

步骤二：将每个图层中的图像的线条闭合为封闭区域；

步骤三：利用拓扑图匹配建立初始关键帧和结束关键帧的区域间的匹配关系，拓扑图的匹配同时考虑层次图的嵌套约束关系以及区域形状的全局和局部形变，但层次图的嵌套约束关系不允许改变匹配区域的包含关系以及层次关系；

步骤四：根据匹配关系对匹配区域轮廓线进行矢量化；

步骤五：在不同图层的封闭区域中，提取矢量化的轮廓线的特征点，并进行特征点匹配，特征点包括曲率过大点以及曲线极值点，关键帧插值算法对Bezier曲线在参数域进行插值；

步骤六：根据特征点匹配的结果，对矢量化的轮廓线(Beizer曲线)进行插值获得中间帧。

本实施方式对于每一帧图像，使用种子填充技术，查找独立的封闭区域，形成树的叶子节点，对于独立单线条，链接首位端点，形成封闭区域；对于处于同一层的叶子节点，如果它们处于同一封闭区域，则形成它们的上层节点，对于其它帧也使用同样的方法，直至形成一个森林；对于每一帧森林中的每个节点，计算其对应的区域的质心以及面积；对于两个帧中从根到叶子节点寻找对应关系，用如下的cost关系式进行比较：w1×重叠面积/A区域面积+w2×重叠面积/B区域面积+w3×AB质心的距离，其中w1、w2和w3是权重系数，相加为1。上述操作可以建立其每个森林的每个区域和其对应帧的森林的同层节点之间的对应关系。

本实施方式所述的拉普拉斯编辑算法以每个顶点的变形建立在邻近点的坐标系下：

$V_i-\frac{1}{d_i}\underset{j\∈\mathrm{Ni}}{\mathrm{\Σ}}{V}_j$

其中V_i、V_j是顶点，d_i是顶点i的权重，N_i是顶点i的邻域。

对于两个封闭的区域，根据全图的信息，将围绕该区域的线条，分割成单个Beizer曲线，对于两个Beizer曲线在参数域进行插值。Bezier曲线的匹配可以通过如下方式进行：选取特征点，特征点包括曲率过大点以及曲线极值点；特征点之间的匹配通过考虑特征点处的角度进行优化得到；对于不同顶点个数的两个区域，使用升阶或者降阶完成控制点的匹配。

如图2a至图2e所示：图2a为初始关键帧，图2b为结束关键帧。将图2a和图2b的图像分别绘制在不同的图层中，并将两个图像闭合为封闭区域，根据拓扑图匹配始关键帧和结束关键帧的区域间的匹配关系，并将匹配的轮廓线矢量化，在不同图层的封闭区域中分别提取矢量化的轮廓线的特征点，将提取的特征点进行特征点匹配。当要求输入的插值为三帧时，将初始关键帧和结束关键帧相匹配的特征点的运动轨迹插入特征点，得到图2c、图2d和图2e所示的三个中间帧。

Claims (7)

1.二维动画制作过程中的中间帧自动生成的方法，其特征在于它由以下步骤实现：

步骤一：将关键帧的前景和背景在不同的图层中绘制，并将初始关键帧和结束关键帧作为中间帧的编辑基准，对关键帧的线条编辑可采用基于梯度变形域的拉普拉斯编辑算法；

步骤二：将每个图层中的图像的线条闭合为封闭区域；

步骤三：利用拓扑图匹配建立初始关键帧和结束关键帧的区域间的匹配关系；

步骤四：根据匹配关系对匹配区域轮廓线进行矢量化；

步骤五：在不同图层的封闭区域中，提取矢量化的轮廓线的特征点，并进行特征点匹配；

步骤六：根据特征点匹配的结果，对矢量化的轮廓线进行插值获得中间帧。

2.根据权利要求1所述的二维动画制作过程中的中间帧自动生成的方法，其特征在于在每个图层中绘制不超过一个的角色。

3.根据权利要求1所述的二维动画制作过程中的中间帧自动生成的方法，其特征在于所述的拉普拉斯编辑算法以每个顶点的变形建立在邻近点的坐标系下：

$V_i-\frac{1}{d_i}\underset{j\∈\mathrm{Ni}}{\mathrm{\Σ}}{V}_j$

其中V_i、V_j是顶点，d_i是顶点i的权重，N_i是顶点i的邻域。

4.根据权利要求1所述的二维动画制作过程中的中间帧自动生成的方法，其特征在于根据层次图的嵌套约束关系以及区域形状的全局和局部形变建立每个图层中的不同区域间的匹配关系。

5.根据权利要求4所述的二维动画制作过程中的中间帧自动生成的方法，其特征在于所述层次图的嵌套约束关系不允许改变匹配区域的包含关系以及层次关系。

6.根据权利要求1所述的二维动画制作过程中的中间帧自动生成的方法，其特征在于所述特征点包括曲率过大点以及曲线极值点，关键帧插值算法对Bezier曲线在参数域进行插值。

7.根据权利要求1所述的二维动画制作过程中的中间帧自动生成的方法，其特征在于所述的特征点匹配由以下步骤组成：选取特征点，特征点包括曲率过大点以及曲线极值点；考虑特征点处的角度进行优化得到特征点之间的匹配；对于不同顶点个数的两个区域，使用升阶或者降阶完成控制点的匹配。

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