CN104112288B - 基于三维骨骼模型的动作过渡实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三维骨骼模型的动作过渡实现方法，其包括如下步骤：a、设定骨骼的关键帧序列以及骨骼顶点受相应骨骼影响的关系；b、得到淡出动作的当前权重值以及淡入动作的当前权重值；c、每个动作对同一骨骼影响的平移分量、旋转分量以及缩放分量与累计权重值，并累加到骨骼上；d、得到多个动作过渡混合影响所述骨骼的平移量、旋转量、缩放量以及最终的累计权重值；根据骨骼之间的父子关系，得到每个骨骼的世界矩阵，由骨骼顶点与骨骼之间的影响关系，得到骨骼顶点在世界坐标中的新位置和新朝向，以实现所需的动作过渡。本发明操作方便，提高多种动作的过渡效果，增强三维动作的真实感，适应范围广。

Description

基于三维骨骼模型的动作过渡实现方法

技术领域

本发明涉及一种过渡实现方法，尤其是一种基于三维骨骼模型的动作过渡实现方法，属于三维图形处理的技术领域。

背景技术

近几年来，计算机图形学技术的发展，使越来越多的虚拟三维世界来模拟真实的实体，以得到视觉上真实的动画。而人物中重要的角色动画也成为了研究的热点，这种角色动作过渡动画由于涉及到多种技术的融合和相关软件与平台的使用处理技巧，需要各个部门对从动画的制作到动画完成共同协调合作完成。目前游戏中的对角色的动作过渡有多种计算，不同的娱乐性质的游戏，对动作过渡有不同的规范，目前游戏中采用动画的关键帧来一帧一帧的完成，这样产生动作表现会有些不自然，突兀的表现。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于三维骨骼模型的动作过渡实现方法，其操作方便，提高多种动作的过渡效果，增强三维动作的真实感，适应范围广。

按照本发明提供的技术方案，一种基于三维骨骼模型的动作过渡实现方法，所述动作过渡实现方法包括如下步骤：

a、对于制作的3D动作模型，设定骨骼的关键帧序列以及骨骼顶点受相应骨骼影响的关系；

b、根据动作过渡的淡入阶段、稳定阶段以及淡出阶段，分别得到淡出动作的当前权重值以及淡入动作的当前权重值；

c、根据动作过渡流逝的时间，确定与过渡动作相对应的关键帧，对关键帧进行插值，得到每个动作对同一骨骼影响的平移分量、旋转分量以及缩放分量与累计权重值，并将所述平移分量、旋转分量、缩放分量以及累计权重值累加作用到骨骼上；

d、根据上述每个动作对同一骨骼影响的平移分量、旋转分量、缩放分量以及累计权重值，并将所有动作对同一骨骼影响的平移分量、旋转分量、缩放分量以及累计权重值全部累加作用到骨骼上，以得到多个动作过渡混合影响所述骨骼的平移量、旋转量、缩放量以及最终的累计权重值；根据骨骼之间的父子关系，得到每个骨骼的世界矩阵，由骨骼顶点与骨骼之间的影响关系，得到骨骼顶点在世界坐标中的新位置和新朝向，以实现所需的动作过渡。

所述淡出动作的当前权重值Q_c为：

其中，Q_c为淡出动作的当前权重值，T₁为系统流逝时间，T₂为淡出动作时间，Q_cm为淡出动作的目标权重值。

所述淡入动作的当前权重值Q_r为：

其中，Q_r为淡入动作的当前权重值，T₁为系统流逝时间，T₃为淡入动作的总时长，T₄为淡入动作的时间，Q_rm为淡入动作的目标权重值。

本发明的优点：利用每个动作对骨架系统的当前权重值来实现动作的过渡，消除了动作在关键帧播放的突兀，不自然，使得动作过渡更加自然，增强了游戏角色的真实感。

附图说明

图1为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能提高多种动作的过渡效果，增强三维动作的真实感，本发明动作过渡实现方法包括如下步骤：

a、对于制作的3D动作模型，设定骨骼的关键帧序列以及骨骼顶点受相应骨骼影响的关系；

动作过渡与动作混合类似，多动过渡也是基于同一个骨架系统，在同一个骨架系统中，骨骼数量、骨骼间的父子关系以及骨骼名称都是相同的。对于制作好的3D动作模型，骨骼运动的关键帧序列以及骨骼顶点与骨骼之间的影响关系已经确定，骨骼运动的关键帧序列以及骨骼顶点与骨骼之间的影响关系均为本技术领域人员所熟知，可以根据需要进行选择设定，具体不再赘述。

b、根据动作过渡的淡入阶段、稳定阶段以及淡出阶段，分别得到淡出动作的当前权重值以及淡入动作的当前权重值；

动作之间的过渡一般经过三个阶段分别是：动作的淡入阶段，稳定阶段以及淡出阶段，对于确定的动作过渡而言，动作的淡入阶段、稳定阶段以及淡出阶段分别具有相应的已知预设量，所述已知预设量包括淡入动作目标权重值、淡出动作目标权重值、淡出阶段动作的时间以及淡入阶段动作的时间。淡入阶段动作的时间是指动作从当前权重值为0递增到淡入动作的目标权重值所花费的时间，而淡出动作的时间是指从淡出动作的目标权重值递减到0所花费的时间。

对于动作的过渡一定会有动作的淡入和淡出，因此需要计算淡入动作的当前权重值和淡出动作的当前权重值，根据淡入动作的当前权重值以及淡出动作的当前权重值才能确定每个动作对作用于同一骨骼的幅度大小。具体地，

所述淡出动作的当前权重值Q_c为：

其中，Q_c为淡出动作的当前权重值，T₁为系统流逝时间，T₂为淡出动作时间，Q_cm为淡出动作的目标权重值。

所述淡入动作的当前权重值Q_r为：

其中，Q_r为淡入动作的当前权重值，T₁为系统流逝时间，T₃为淡入动作的总时长，T₄为淡入动作的时间，Q_rm为淡入动作的目标权重值。

系统流逝时间是动作过渡的当前流逝的时间，它是动作播放计时到系统某一个时刻所用的时间，这个时间不随其他因素而改变。淡入动作的总时长是每个淡入动作单独播放所花费的总时间。

c、根据动作过渡流逝的时间，确定与过渡动作相对应的关键帧，对关键帧进行插值，得到每个动作对同一骨骼影响的平移分量、旋转分量以及缩放分量与累计权重值，并将所述平移分量、旋转分量、缩放分量以及累计权重值累加作用到骨骼上；

根据动作过渡流逝的时间和骨骼运动的关键帧序列可以计算每个动作作用与同一块骨骼的旋转分量、平移分量、缩放分量，并将所述平移分量、旋转分量、缩放分量以及累计权重值累加作用到骨骼上。上述旋转分量、平移分量以及缩放分量统称为变换分量，所述变换分量根据关键帧序列通过时间插值计算得到，对关键帧序列进行时间插值得到变换分量的方法采用本技术领域常用的方法，具体过程不再赘述。

对于有N个动作同时作用于同一骨骼的动作过渡，根据上述得到的淡出动作的当前权重值以及淡入动作的当前权重值，能够得到N个动作作用于骨骼的初步累计权重值，所述初步累计权重值为N个动作相对应的当前权重值的累加和，N个动作中，包括淡入动作的当前权重值以及淡出动作的当前权重值。

d、根据上述每个动作对同一骨骼影响的平移分量、旋转分量、缩放分量以及累计权重值，并将所有动作对同一骨骼影响的平移分量、旋转分量、缩放分量以及累计权重值全部累加作用到骨骼上，以得到多个动作过渡混合影响所述骨骼的平移量、旋转量、缩放量以及最终的累计权重值；根据骨骼之间的父子关系，得到每个骨骼的世界矩阵，由骨骼顶点与骨骼之间的影响关系，得到骨骼顶点在世界坐标中的新位置和新朝向，以实现所需的动作过渡。

由上述的初步累计权重值和每个动作作用于骨骼的旋转分量、平移分量、缩放分量，能得到N个动作作用于同一骨骼的旋转量、平移量以及缩放量，这些变换量最终要赋予骨骼的，具体做法如下：

1)、当动作过渡开始时，需要对第一个动作影响该骨骼的初步累计权重值和累计的平移分量、旋转分量、缩放分量进行赋值。而此时的动作开始的初步累计权重值就等于第一个动作的当前权重值，累计的平移分量、旋转分量、缩放分量即等于上述步骤中对关键帧序列进行插值计算得到所述第一个动作的平移分量、旋转分量以及缩放分量。

2)、当从第一个动作过渡第二个动作时，需要一个过渡因子来计算两个动作过渡后影响该骨骼的初步累计权重值和累计的平移分量、旋转分量以及缩放分量。其中，过渡因子为：

其中，λ为过渡因子，Q₂为第二个动作的当前权重值，Q_z为初步累计的权重值；第二个动作的当前权重值根据第二个动作是淡入动作还是淡出动作进行确定得到淡入动作的当前权重值或淡出动作的当前权重值，由上述步骤计算得到，此处不再赘述。而此时初步累计权重值即为第一个动作的当前权重值。

第一个动作与第二个动作在过渡混合后的累计平移分量计算：

φ＝φ₂*λ+(1-λ)*φ_z

其中，φ为累计平移分量，λ为过渡因子，φ₂为第二个动作影响骨骼的平移分量，φ_z为累计平移变换；此时，累计平移变换为上一步动作影响该骨骼的平移变换分量，即第一个动作的平移变换分量。

第一个动作与第二个动作在过渡混合后的累计旋转分量计算：

其中，为累计旋转分量，λ为过渡因子，为第二个动作影响骨骼的旋转分量，为累计旋转变换；此时，累计旋转变换为上一步动作影响该骨骼的旋转变换分量，即第一个动作的旋转分量

第一个动作与第二个动作在过渡混合后的累计缩放分量计算：

ψ＝ψ₂*λ+(1-λ)*ψ_z

其中，ψ为累计缩放分量，ψ₂为第二个动作影响骨骼的缩放分量，λ为过渡因子，ψ_z为累计缩放变换；此时，累计缩放变换为上一步动作影响该骨骼的缩放变换分量，即第一个动作的缩放变换分量。

两个动作过渡混合后的累计权重值的计算：

初步累计的权重值为第一个动作的当前权重值与第二个动作的当前权重值的累加和。

对于N个动作的过渡，可以采用上述第一个动作与第二个动作混合的计算方式，得到多个动作过渡混合影响所述骨骼的平移量、旋转量、缩放量以及最终的累计权重值。根据骨骼之间的父子关系，根据上述对每个骨骼最终的平移量、旋转量、缩放量以及最终的累计权重值，可以得到每个骨骼的世界矩阵，然后把每个骨骼的世界矩阵穿入GPU(GraphicProcessing Unit)，通过GPU处理后得到每个动作影响骨骼的变换，动作的过渡基于骨骼的运动，根据骨骼顶点与骨骼之间的关系，可以得到骨骼顶点在世界坐标系中的新位置和新朝向。

本发明利用每个动作对骨架系统的当前权重值来实现动作的过渡，消除了动作在关键帧播放的突兀，不自然，使得动作过渡更加自然，增强了游戏角色的真实感。

Claims (1)

1.一种基于三维骨骼模型的动作过渡实现方法，其特征是，所述动作过渡实现方法包括如下步骤：

(a)、对于制作的3D动作模型，设定骨骼的关键帧序列以及骨骼顶点受相应骨骼影响的关系；

(b)、根据动作过渡的淡入阶段、稳定阶段以及淡出阶段，分别得到淡出动作的当前权重值以及淡入动作的当前权重值；

所述淡出动作的当前权重值Q_c为：

$Q_c=\frac{T_1}{T_2}*Q_{cm}$

其中，Q_c为淡出动作的当前权重值，T₁为系统流逝时间，T₂为淡出动作时间，Q_cm为淡出动作的目标权重值；

所述淡入动作的当前权重值Q_r为：

$Q_r=\frac{(T_3-T_1)}{T_4}*Q_{rm}$

其中，Q_r为淡入动作的当前权重值，T₁为系统流逝时间，T₃为淡入动作的总时长，T₄为淡入动作的时间，Q_rm为淡入动作的目标权重值；

(c)、根据动作过渡流逝的时间，确定与过渡动作相对应的关键帧，对关键帧进行插值，得到每个动作对同一骨骼影响的平移分量、旋转分量以及缩放分量与累计权重值，并将所述平移分量、旋转分量、缩放分量以及累计权重值累加作用到骨骼上；

(d)、根据上述每个动作对同一骨骼影响的平移分量、旋转分量、缩放分量以及累计权重值，并将所有动作对同一骨骼影响的平移分量、旋转分量、缩放分量以及累计权重值全部累加作用到骨骼上，以得到多个动作过渡混合影响所述骨骼的平移量、旋转量、缩放量以及最终的累计权重值；根据骨骼之间的父子关系，得到每个骨骼的世界矩阵，由骨骼顶点与骨骼之间的影响关系，得到骨骼顶点在世界坐标中的新位置和新朝向，以实现所需的动作过渡。