CN104715500A - 一种基于三维动画设计的3d动画制作开发系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维动画设计的3D动画制作开发系统，包括程序开发调用的基础功能模块，美术开发调用的编辑模块，程序运行维护的管理模块和扩展功能模块，所述各个模块之间采用标准接口连接，了解每个模块接口调用规则即可方便的制作游戏动画，各个模块针对渲染功能通过重载外部虚函数达到自定义化的实现功能。本发明功能齐全，并采用标准接口，各个模块之间相互独立，且采用标准接口连接，开发人员不需要了解动画系统的详细开发方式，只需了解每个模块接口调用规则即可方便的制作游戏动画。从而达到使用简易的且易于扩充的目的。
Description
技术领域
本发明公开了一种基于三维动画设计的3D动画制作开发系统，涉及动画图像开发处理技术领域。
背景技术
游戏被誉为第九艺术，游戏世界里所呈现出来的逼真环境模拟，实时交互体验，声光的感官刺激使人更加的身临其境。三维世界的模拟也正向着更高的要求去发展。实时动态逼真三维环境的模拟现在正是市场开发的重点领域，游戏区别于电影的最大特征就是要求实时的交互性，所见即所得的感官体验。互动体验成为了游戏最吸引人的要素。其中游戏动画系统是游戏交互式体验的重要组成部分，也是游戏开发与真实模拟的核心问题之一。现在游戏动画发展的趋势正向着拟真，交互，电影化的表现形式快速发展。目前游戏动画需要支持大规模场景成百上千动画实体的实时模拟，计算与交互，而且游戏动画需要实时模拟真实的物理计算，随之而来伴随的是巨大的动画数据计算量，对计算机的性能要求也会随之快速上升，而且基于游戏的实时交互性，要实现高效率的实时模拟，优化性能会变得十分困难。目前普遍实现的游戏动画系统都十分简陋，功能相对很不完善，效率和承载量无法满足大规模场景的实时表现需求，虽然有一些比较成熟的商业动画系统可以使用，但是如果采用这些系统开发游戏并进行商业运营时，需要交纳很高的授权费，而且难于修改，很多情况下不能满足游戏开发的需求。很难找到适用于游戏开发，同时满足效率，承载量，效果，又能尽可能节约成本的优秀三维游戏动画系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种基于三维动画设计的3D动画制作开发系统，克服游戏动画在效果、效率和承载量之间的兼顾性，提供一套完善的，系统的动画系统，以实现使用简易且易于扩充的优点。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于三维动画设计的3D动画制作开发系统，包括程序开发调用的基础功能模块，美术开发调用的编辑模块，程序运行维护的管理模块和扩展功能模块，所述各个模块之间采用标准接口连接，各个模块针对渲染功能通过重载外部虚函数达到自定义化的实现功能。所述基础功能模块包括体型动画制作模块、表情动画制作模块、服装动画制作模块、动力学模块、软体动画制作模块、控制动画制作模块和连接动画制作模块，在所述基础功能模块中：
101、体型动画制作模块：以动作捕捉的方式获取数据，再经过动作处理插件修改为所需的关键帧数据，计算出体型动画数据列表的世界矩阵传到GPU,GPU根据索引以及权重计算顶点的新位置坐标，将动画至与实现设定场景中位置相符合；
102、表情动画制作模块：通过面部表情捕捉的方式获取动画数据；
103、服装动画制作模块：通过制作服装模型，并将数据统一化，按照数据排列规则随意组织排列和替换模型；
104、动力学模块：基于父子链接关系和权重比，运用雅克比矩阵推算动画结果，以关节部位进行定位，从而确立姿势；在骨骼链的末端反向往上推算，在约束参数的综合控制下得出模型数据；
105、软体动画制作模块：对于动态形变的软性物体，建立父子链接关系，通过权重和约束变量控制动画范围，以物理碰撞和动力学公式计算得出动画模型结构；以简易碰撞体和多线程计算进行过程加速；
106、控制动画制作模块：通过目标点定位，让动画跟随目标点产生动态的反应与变化，通过约束参数，雅克比矩阵和父子链接关系达到在需要的范围内动画跟踪定位；
107、连接动画制作模块：将其他物体动画绑定点、挂节点绑定到动画中，通过绑定点的位置运算实现连接动画制作模块的无缝连接。
所述管理模块包括动画管理器，所述动画管理器对动画进行内存共用、多线程计算、动画调度和统一计数管理。
所述扩展功能模块包括动画帧属性模块、动画逻辑整编模块、动画过渡模块、动画混编模块、图像压缩模块、碰撞引擎模块、路径侦测模块，所述扩展功能模块中：
201、动画帧属性模块：调整每帧动画的属性，实现不同速率下动画的播放；
202、动画逻辑整编模块：以逻辑编码的形式对动画按照逻辑需求进行播放,通过用户连接线和条件判断的方式实现逻辑反馈；
203、动画过渡模块：通过线性插值或贝塞尔插值把权重平均化，实现复数个动画以平滑的方式进行转换；
204、动画混编模块：进行部位分解，每个部位独立播放其动画；
205、图像压缩模块：将动画数据由矩阵转换为双重四元数，同时以曲线平滑将关键帧数据的数据量进一步减少；
206、碰撞引擎模块：检测完成后根据距离进行向量偏移得到最后结果，通过互相碰撞和动力学模拟，计算出每个动画片段的冲量、速度和动能，从而计算出最后的位置和形体结构；
207、路径侦测模块：实现动态侦测路径的作用，设定导航基础网格，通过权重和偏移信息实时计算出路径的位置和作用范围；
作为本发明的进一步优选方案，所述扩展功能模块中还包括动画LOD与骨骼LOD构成的LOD系统。
作为本发明的进一步优选方案，所述LOD系统，通过距离的远近判断出动画的重要性和先后关系。
作为本发明的进一步优选方案，所述编辑模块包括动画编辑器，实现编辑操作功能，通过交互式的人机界面进行创作，支持取消操作和操作记录。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：功能齐全，并采用标准接口，各个模块之间相互独立，且采用标准接口连接，开发人员不需要了解动画系统的详细开发方式，只需了解每个模块接口调用规则即可方便的制作游戏动画。从而达到使用简易的且易于扩充的目的。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式。本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
一种基于三维动画设计的3D动画制作开发系统，包括程序开发调用的基础功能模块，美术开发调用的编辑模块，程序运行维护的管理模块和扩展功能模块，所述各个模块之间采用标准接口连接，各个模块针对渲染功能通过重载外部虚函数达到自定义化的实现功能。所述基础功能模块包括体型动画制作模块、表情动画制作模块、服装动画制作模块、动力学模块、软体动画制作模块、控制动画制作模块和连接动画制作模块，在所述基础功能模块中：
101、体型动画制作模块：以动作捕捉的方式获取数据，再经过动作处理插件修改为所需的关键帧数据，计算出体型动画数据列表的世界矩阵传到GPU,GPU根据索引以及权重计算顶点的新位置坐标，将动画至与实现设定场景中位置相符合；
102、表情动画制作模块：通过面部表情捕捉的方式获取动画数据；
103、服装动画制作模块：通过制作服装模型，并将数据统一化，按照数据排列规则随意组织排列和替换模型；
104、动力学模块：基于父子链接关系和权重比，运用雅克比矩阵推算动画结果，以关节部位进行定位，从而确立姿势；在骨骼链的末端反向往上推算，在约束参数的综合控制下得出模型数据；
105、软体动画制作模块：对于动态形变的软性物体，建立父子链接关系，通过权重和约束变量控制动画范围，以物理碰撞和动力学公式计算得出动画模型结构；以简易碰撞体和多线程计算进行过程加速；
106、控制动画制作模块：通过目标点定位，让动画跟随目标点产生动态的反应与变化，通过约束参数，雅克比矩阵和父子链接关系达到在需要的范围内动画跟踪定位；
107、连接动画制作模块：将其他物体动画绑定点、挂节点绑定到动画中，通过绑定点的位置运算实现连接动画制作模块的无缝连接。
所述管理模块包括动画管理器，所述动画管理器对动画进行内存共用、多线程计算、动画调度和统一计数管理。
所述扩展功能模块包括动画帧属性模块、动画逻辑整编模块、动画过渡模块、动画混编模块、图像压缩模块、碰撞引擎模块、路径侦测模块，所述扩展功能模块中：
201、动画帧属性模块：调整每帧动画的属性，实现不同速率下动画的播放；
202、动画逻辑整编模块：以逻辑编码的形式对动画按照逻辑需求进行播放,通过用户连接线和条件判断的方式实现逻辑反馈；
203、动画过渡模块：通过线性插值或贝塞尔插值把权重平均化，实现复数个动画以平滑的方式进行转换；
204、动画混编模块：进行部位分解，每个部位独立播放其动画；
205、图像压缩模块：将动画数据由矩阵转换为双重四元数，同时以曲线平滑将关键帧数据的数据量进一步减少；
206、碰撞引擎模块：检测完成后根据距离进行向量偏移得到最后结果，通过互相碰撞和动力学模拟，计算出每个动画片段的冲量、速度和动能，从而计算出最后的位置和形体结构；
207、路径侦测模块：实现动态侦测路径的作用，设定导航基础网格，通过权重和偏移信息实时计算出路径的位置和作用范围；
作为本发明的进一步优选方案，所述扩展功能模块中还包括动画LOD与骨骼LOD构成的LOD系统。
作为本发明的进一步优选方案，所述LOD系统，通过距离的远近判断出动画的重要性和先后关系。
作为本发明的进一步优选方案，所述编辑模块包括动画编辑器，实现编辑操作功能，通过交互式的人机界面进行创作，支持取消操作和操作记录。
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于三维动画设计的3D动画制作开发系统，其特征在于：基础功能模块、扩展功能模块和编辑模块，其中，所述基础功能模块用以实现程序开发调用，所述编辑模块用以实现美术开发调用，所述扩展功能模块用以实现程序运行维护的管理模块；
上述各个模块之间采用标准接口连接，各个模块针对渲染功能通过重载外部虚函数达到自定义化的实现功能；
所述基础功能模块具体包括体型动画制作模块、表情动画制作模块、服装动画制作模块、动力学模块、软体动画制作模块、控制动画制作模块和连接动画制作模块，其中，
101、体型动画制作模块：以动作捕捉的方式获取数据，再经过动作处理插件修改为所需的关键帧数据，计算出体型动画数据列表的世界矩阵传到GPU,GPU根据索引以及权重计算顶点的新位置坐标，将动画至与实现设定场景中位置相符合；
102、表情动画制作模块：通过面部表情捕捉的方式获取动画数据；
103、服装动画制作模块：通过制作服装模型，并将数据统一化，按照数据排列规则随意组织排列和替换模型；
104、动力学模块：基于父子链接关系和权重比，运用雅克比矩阵推算动画结果，以关节部位进行定位，从而确立姿势；在骨骼链的末端反向往上推算，在约束参数的综合控制下得出模型数据；
105、软体动画制作模块：对于动态形变的软性物体，建立父子链接关系，通过权重和约束变量控制动画范围，以物理碰撞和动力学公式计算得出动画模型结构；以简易碰撞体和多线程计算进行过程加速；
106、控制动画制作模块：通过目标点定位，让动画跟随目标点产生动态的反应与变化，通过约束参数，雅克比矩阵和父子链接关系达到在需要的范围内动画跟踪定位；
107、连接动画制作模块：将其他物体动画绑定点、挂节点绑定到动画中，通过绑定点的位置运算实现连接动画制作模块的无缝连接；
所述管理模块包括动画管理器，所述动画管理器对动画进行内存共用、多线程计算、动画调度和统一计数管理；
所述扩展功能模块包括动画帧属性模块、动画逻辑整编模块、动画过渡模块、动画混编模块、图像压缩模块、碰撞引擎模块、路径侦测模块，其中，
201、动画帧属性模块：调整每帧动画的属性，实现不同速率下动画的播放；
202、动画逻辑整编模块：以逻辑编码的形式对动画按照逻辑需求进行播放,通过用户连接线和条件判断的方式实现逻辑反馈；
203、动画过渡模块：通过线性插值或贝塞尔插值把权重平均化，实现复数个动画以平滑的方式进行转换；
204、动画混编模块：进行部位分解，每个部位独立播放其动画；
205、图像压缩模块：将动画数据由矩阵转换为双重四元数，同时以曲线平滑将关键帧数据的数据量进一步减少；
206、碰撞引擎模块：检测完成后根据距离进行向量偏移得到最后结果，通过互相碰撞和动力学模拟，计算出每个动画片段的冲量、速度和动能，从而计算出最后的位置和形体结构；
207、路径侦测模块：实现动态侦测路径的作用，设定导航基础网格，通过权重和偏移信息实时计算出路径的位置和作用范围。
2.如权利要求1所述的一种基于三维动画设计的3D动画制作开发系统，其特征在于：所述扩展功能模块中还包括动画LOD与骨骼LOD构成的LOD系统。
3.如权利要求1所述的一种基于三维动画设计的3D动画制作开发系统，其特征在于：所述LOD系统，通过距离的远近判断出动画的重要性和先后关系。
4.如权利要求1所述的一种基于三维动画设计的3D动画制作开发系统，其特征在于：所述编辑模块包括动画编辑器，实现编辑操作功能，通过交互式的人机界面进行创作，支持取消操作和操作记录。
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