CN102054288B - 动漫角色骨骼关节生理约束的生成系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动漫角色骨骼关节生理约束的生成系统及方法，包括：骨骼动画制作组件，用于制作每一幅动画并生成骨骼动画库；骨骼动画筛选组件，对所述骨骼动画库中的动画进行筛选，形成精选骨骼动画库；骨骼动画分析组件，遍历所述精选骨骼动画库，增量添加各关节的活动范围并生成各关节的约束数据；及骨骼关节约束数据库，用于记录各骨骼关节的约束信息。本发明有益效果在于：①是自动化的方法，可以在不用人工干预，只要有足够的骨骼动画库（对于很多动漫产业的公司，这很容易满足），就可以生成响应体型的动作库。②是可扩展，增量改进的方法，随着入库骨骼动画的动作种类越多，质量越好，生成的骨骼关节约束就越全面，效果越好。
Description
技术领域
本发明涉及动漫制作领域，特别涉及基于计算机系统的动漫制作软件对骨骼关节生理约束（活动范围）生成的系统及方法。
背景技术
骨骼关节生理约束是标志关节正常活动范围的数据，在动画的制作或实施动态动画的过程中，这套数据可用于防止出现畸形的动作（如手肘往外拐，头部扭到后面去等）。当给出骨架的某个姿势，可用这些约束来对这个姿态是否合理，是否畸形做出判断，并且修正这个姿态也需要用到这部分骨骼关节约束的数据。举例说明如下：
在Constrain菜单下，Maya（动画制作软件）提供了Point、Aim、Orient、Scale、Geometry、Normal、Tangent和PoleVector约束，可以选中两个或两个以上物体，然后执行约束，所选的第一个物体就是作为约束的物体，最后一个物体就是被约束的物体；当选取不止一个约束对象时，则在对象之间根据物体的权重共用一个被约束物体。
然而，目前生成骨骼关节的生理约束的一般方法是由骨骼架构师根据对目标骨骼（如人体骨骼）的生理结构的经验，然后对每个骨骼的活动范围进行手工设定，如3DsMax，Maya，HumenIK等软件都是这个实现方法。
由于目前的骨骼关节约束的产生需要专业的骨骼架构师手动地对每个骨骼关节的活动范围进行单独的设定，费时费力，产出速率低且成本较高。此外，对于某些比较不为人所熟知的动漫角色（如各种怪物），由于没有现实的骨骼做为参考，要对其每个骨骼关节的活动进行设定难度将更加大。
发明内容
本发明的目的是提供一种可自动、快速生成动漫角色骨骼关节生理约束的系统及方法，降低动漫的制作成本。
本发明的目的由以下技术方案实现：
一种动漫角色骨骼关节生理约束的生成系统，其特征在于，包括：骨骼动画制作组件，用于制作每一幅动画并生成骨骼动画库；骨骼动画筛选组件，对所述骨骼动画库中的动画进行筛选，形成精选骨骼动画库；骨骼动画分析组件，首先将骨骼的每个关节的活动范围置为空，然后对新建精选骨骼动画库中的每个动画每个关节的每个帧，读取该关节在这一时刻的欧拉角旋转三个分量，然后扩展该关节的活动范围至能包含新加入的关节欧拉角三个分量为止，并生成各关节的约束数据；及骨骼关节约束数据库，用于记录各骨骼关节的约束信息。
所述骨骼动画筛选组件包括精选骨骼动画库及可对精选骨骼数据库和所述骨骼动画库进行筛选控制的可交互界面。
一种基于权利要求1所述系统的骨骼关节生理约束的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制作动画并建立骨骼动画库；（2）对所述骨骼动画库或现有精选骨骼动画库进行筛选，形成新建精选骨骼动画库；（3）首先将骨骼的每个关节的活动范围置为空，然后对新建精选骨骼动画库中的每个动画每个关节的每个帧，读取该关节在这一时刻的欧拉角旋转三个分量，然后扩展该关节的活动范围至能包含新加入的关节欧拉角三个分量为止，最后生成各关节的约束数据；（4）记录关节的约束数据。
上述步骤（2）中所述的筛选，是通过预览骨骼动画库中的骨骼动画向新建精选骨骼动画库中添加动画，或者删除现有精选骨骼动画库中的部分动画。
所述骨骼约束数据包括的特征有：骨骼名字、欧拉角绕Y轴旋转范围、欧拉角绕X轴旋转范围、欧拉角绕Z轴旋转范围。
本发明解决了在使用IK（逆向运动学）对带骨骼蒙皮的动漫角色的姿态进行调整时自动产生每个关节活动范围的生理约束的技术问题。本发明有益效果在于：①是自动化的方法，可以在不用人工干预，只要有足够的骨骼动画库（对于很多动漫产业的公司，这很容易满足），就可以生成响应体型的动作库。②是可扩展，增量改进的方法，随着入库骨骼动画的动作种类越多，质量越好，生成的骨骼关节约束就越全面，效果越好。用户根据个人喜好，可通过简单地人为增加，减少动画库中的动画数据，最终动画库中只剩下用户觉得合理的动作，最后用户用该库生成的骨骼关节约束数据而制作新的动画将更加符合其要求，而这一过程无需专业的骨骼构架师参与。
附图说明
图1为实施例提供的动画角色骨骼关节约束的生成方法的技术方案原理图。
具体实施方式
如图1所示，实现本发明骨骼关节约束生成方法的系统包括骨骼动画制作组件、骨骼动画筛选组件、骨骼动画分析组件及骨骼关节约束数据库，下面详细描述各部分的功能及实现方法。
（1）骨骼动画制作组件，可使用现有的软件，要求有骨骼动画的制作功能，如3dsmax，maya，然后使用导出插件导出为某种统一格式的动画。动画制作软件的工作过程包括：开始动画制作→动画制作完成→形成一系列动画构成的骨骼动画库。
（2）骨骼动画筛选组件，具有可交互界面及精选骨骼动画库。可交互界面用于实现骨骼动画的预览、建立精选骨骼动画库及筛选控制的交互功能，筛选控制包括向精选骨骼动画库中添加动画制作软件生成的动画，或者删除精选骨骼动画库中的某些不满意的动画。筛选控制没有具体的标准要求，或者是应具体情形认为把握。例如，用户用骨骼动画筛选组件预览动画库中的每个动作，如果觉得某个动作比较夸张（如劈腿坐下或只有运动员才能做出来的高难度动作），则可通过界面操作把这部分动作删除出库，使生成的骨骼约束更加通用。
（3）骨骼动画分析组件，首先将骨骼的每个关节的活动范围（形式为欧拉角三个分量角度范围）置为空，然后对精选骨骼动画库中的每个动画每个关节的每个帧，读取该关节在这一时刻的欧拉角旋转三个分量，然后扩展该关节的活动范围至能包含新加入的关节欧拉角三个分量为止。具体地说，通过扫描多个骨骼动画，增量地累计每个关节的活动范围，如现在某个关节绕Y轴旋转的角度范围是[a,b]，在这个动画中读取到某个帧这个关节绕Y轴旋转为c，如果c落在[a,b]的区间，则该关节绕Y轴旋转地角度范围还是[a,b]，否则Y轴旋转范围扩大改至包括[a,b]和c，即[a,c]或[c,b]。如此扫描了多个动画后，关节的活动范围就生成了。例如，该关节绕Y轴旋转目前的活动范围是[100-200]，而从新动画读取到的这个关节的绕Y轴旋转的角度为250，则该关节的活动范围扩展至[100-250]。
（4）约束数据库，用于记录骨骼关节的约束信息，最简单的可用配置文件的形式记录，如：
[骨骼约束1]
骨骼名字=手腕
欧拉角绕Y轴旋转范围=10°-20°
欧拉角绕X轴旋转范围=45°-60°
欧拉角绕Z轴旋转范围=固定30°。
本发明有益效果在于：①是自动化的方法，可以在不用人工干预，只要有足够的骨骼动画库（对于很多动漫产业的公司，这很容易满足），就可以生成响应体型的动作库。②是可扩展，增量改进的方法，随着入库骨骼动画的动作种类越多，质量越好，生成的骨骼关节约束就越全面，效果越好。用户根据个人喜好，可通过简单地人为增加，减少动作库中的动画数据，最终动作库中只剩下用户觉得合理的动作，最后用户用该库生成的骨骼关节约束数据而制作新的动画将更加符合其要求，而这一过程无需专业的骨骼构架师参与。
以上所揭露的实施例仅为本发明总体构思的具体示例，对于所述技术领域的普通技术人员来说，一些未经创造性劳动得到的、基于本发明构思所做的简单变更，仍应当不脱本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种动漫角色骨骼关节生理约束的生成系统，其特征在于，包括：骨骼动画制作组件，用于制作每一幅动画并生成骨骼动画库；骨骼动画筛选组件，对所述骨骼动画库中的动画进行筛选，形成精选骨骼动画库；骨骼动画分析组件，首先将骨骼的每个关节的活动范围置为空，然后对新建精选骨骼动画库中的每个动画每个关节的每个帧，读取该关节在这一时刻的欧拉角旋转三个分量，然后扩展该关节的活动范围至能包含新加入的关节欧拉角三个分量为止，并生成各关节的约束数据；及骨骼关节约束数据库，用于记录各骨骼关节的约束信息。
2.如权利要求1所述的动漫角色骨骼关节生理约束的生成系统，其特征在于，所述骨骼动画筛选组件包括精选骨骼动画库及可对精选骨骼数据库和所述骨骼动画库进行筛选控制的可交互界面。
3.一种基于权利要求1所述系统的骨骼关节生理约束的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制作动画并建立骨骼动画库；（2）对所述骨骼动画库或现有精选骨骼动画库进行筛选，形成新建精选骨骼动画库；（3）首先将骨骼的每个关节的活动范围置为空，然后对新建精选骨骼动画库中的每个动画每个关节的每个帧，读取该关节在这一时刻的欧拉角旋转三个分量，然后扩展该关节的活动范围至能包含新加入的关节欧拉角三个分量为止，最后生成各关节的约束数据；（4）记录关节的约束数据。
4.如权利要求3所述的骨骼关节生理约束的生成方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述的筛选，是通过预览骨骼动画库中的骨骼动画向新建精选骨骼动画库中添加动画，或者删除现有精选骨骼动画库中的部分动画。
5.如权利要求4所述的骨骼关节生理约束的生成方法，其特征在于，所述骨骼约束数据包括的特征有：骨骼名字、欧拉角绕Y轴旋转范围、欧拉角绕X轴旋转范围、欧拉角绕Z轴旋转范围。
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