CN105551072A - 实现角色模型局部实时运动的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及实现角色模型局部实时运动的方法及系统。一种实现角色模型局部实时运动的方法包括：将虚设骨骼与其它骨骼连接的端点作为第一质点，另一个端点作为第二质点，所述虚设骨骼为在需要运动的局部部位增加的虚拟骨骼，所述虚设骨骼具有骨骼蒙皮；在角色运动过程中，计算所述第二质点的位置；根据所述第二质点的位置，使所述虚设骨骼做相应的旋转。本申请的角色模型局部实时运动的方法及系统，能够让角色模型的某些局部随着角色模型的运动而自然地运动，从而使得角色模型能够具有更加逼真的动画表现效果，不依赖于第三方的物理引擎，可以方便地集成到已有制作骨骼动画的开发流程中，极大地减少美术制作人员的工作量。

Description

实现角色模型局部实时运动的方法及系统

技术领域

本公开总体涉及计算机图形技术领域，具体涉及一种实现角色模型局部实时运动的方法及系统。

背景技术

目前游戏制作领域普遍采用骨骼动画的方法，即：对于角色模型，创建其相应的骨骼，美术制作人员将模型上的顶点关联到不同的骨骼，并设置好不同的影响权重，接下来美术制作人员会制作好角色模型骨骼的动画序列，然后由骨骼来驱动模型上顶点的运动，达到角色模型的动画效果，最后这种制作好的角色模型动画效果会在游戏内播放，呈现给玩家。显然这种骨骼动画方式的最终表现效果完全取决于美术制作人员预先设计好的骨骼动画序列，无法根据角色模型的实际运动情况有一些真实自然的反应，但为了在游戏达到更加逼真的效果，我们希望角色模型的某些局部能够实时地、自然地运动。比如游戏的女性角色模型，往往具有比较丰满的胸部和臀部，为了能够更好地吸引玩家，我们希望角色模型的这些部位能够随着角色模型的跑动、跳跃、翻滚、受击等产生比较自然的运动效果。比如，当角色模型进行上下跳跃的时候，其胸部会有一种自然的上下运动的效果，并且这种效果在游戏里需要实时显示出来。因此就需要一种让角色模型的某些局部能够在游戏随着角色模型的实际运动而自然运动的方法。

为了让角色模型上的某些局部能够在各种运动情况下能够产生实时、自然的运动效果，一般的技术方案是选取角色模型上需要实时运动的那部分顶点，将这部分的顶点交给第三方的物理引擎来模拟它们的运动。为了达到比较好的效果，需要在物理引擎中建立顶点之间的各种约束条件，比如相邻顶点之间有一些距离上的约束(需要美术制作人员在物理引擎配套提供的编辑工具中进行设置和调整)。选中的那部分顶点中在最外面的和非物理模拟顶点相邻的那部分顶点是边界顶点，会遵从角色模型原来的运动，即一种边界约束条件，剩下的那部分顶点则会根据建立好的各种约束条件交给物理引擎实时计算出运动的位置。上面这种实现方法通常可以达到令人满意的效果，但实际应用到游戏开发中也存在一些不足之处。首先，使用第三方的物理引擎会给游戏运行时带来额外的计算开销，特别是在需要模拟的顶点数目比较多的情况下，可能会给游戏带来性能上的问题。其次，由于是在角色模型的顶点级别进行模拟，所以对于每个角色模型，美术制作人员都需要用物理引擎提供的编辑工具在顶点上进行各种参数的设置和调整，这样就大大增加了制作的时间成本。比如一种常见的情况是，在实际制作中，角色模型身上的服装往往是和角色模型的身体统一制作在一个角色模型上，如果一个角色模型可以更换多套服装，则每一套都需要美术制作人员对上面的某些局部进行额外的处理，这无疑会增加很多制作成本。

因此，针对角色模型的局部运动需要一种新的构建方法及系统。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开提供一种实现角色模型局部实时运动的方法及系统，能够让角色模型的某些局部随着角色模型的运动而自然地运动，从而使得角色模型能够具有更加逼真的动画表现效果。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一方面，一种实现角色模型局部实时运动的方法，包括：

将虚设骨骼与其它骨骼连接的端点作为第一质点，另一个端点作为第二质点，所述虚设骨骼为在需要运动的局部部位增加的虚拟骨骼，所述虚设骨骼具有骨骼蒙皮；

在角色运动过程中，计算所述第二质点的位置；

根据所述第二质点的位置，使所述虚设骨骼做相应的旋转。

根据本公开的一实施方式，所述第一质点和所述第二质点之间通过直线段相连，直线段的长度为所述虚设骨骼长度L。

根据本公开的一实施方式，计算所述第二质点的位置至少遵循如下条件之一：

a.所述第一质点随着角色模型的其它骨骼运动；

b.所述第一质点和所述第二质点之间的距离保持为L；

c.所述第二质点受到重力的作用，重力加速度为g，重力方向定义在世界空间中；

d.所述第二质点受到方向为沿着初始所述第一质点与所述第二质点连线方向的一恢复力的作用，所述恢复力产生的加速度为a，所述恢复力的方向定义在角色模型的局部空间中；当角色发生旋转的时候，使所述恢复力做相应的旋转，通过矩阵M进行从所述局部空间转换到所述世界空间的旋转变换。

根据本公开的一实施方式，按照下述近似数值方法计算所述第二质点的位置：

a.根据如下公式计算得到所述第二质点的更新速度V′，

V′＝V(i)+g*t+M*a*t；

b.根据如下公式计算得到所述第二质点的更新位置P′，

P′＝P(i)+V′*t；

c.根据如下公式对更新位置P′进行修正，得到所述第二质点在第i+1帧的实际位置P(i+1)，

P(i+1)＝Pa+L*(P′-Pa)/|P′-Pa|；

其中，V(i)为所述第二质点在第i帧的速度，P(i)为所述第二质点在第i帧的位置，t为第i帧和第i+1帧之间的时间间隔，Pa是所述第一质点在第i+1帧的位置，P(i+1)为所述第二质点在第i+1帧的位置。

根据本公开的一实施方式，根据如下公式计算所述第二质点的速度：

V(i+1)＝(P(i+1)-P(i))/t，

其中，V(i+1)为所述第二质点在第i+1帧的速度。

根据本公开的一实施方式，所述使所述虚设骨骼做相应的旋转包括使所述虚设骨骼旋转后的方向与新的所述第一质点与所述第二质点连线方向一致。

根据本公开的一实施方式，还包括：通过所述骨骼蒙皮使得所述虚设骨骼的旋转带动角色模型上相应部位顶点的运动。

根据本公开的一实施方式，所述虚设骨骼不具备动画信息。

根据本公开的一实施方式，所述第二质点为自由端点。

根据本公开的另一方面，一种实现角色模型局部实时运动的系统，包括：

骨骼分析单元，用于将虚设骨骼与其它骨骼连接的端点作为第一质点，另一个端点作为第二质点，所述虚设骨骼为在需要运动的局部部位增加的虚拟骨骼，所述虚设骨骼具有骨骼蒙皮；

计算单元，用于在角色运动过程中，计算所述第二质点的位置；

旋转单元，用于根据所述第二质点的位置，使所述虚设骨骼做相应的旋转。

根据本公开的一实施方式，所述第一质点和所述第二质点之间通过直线段相连，直线段的长度为所述虚设骨骼长度L。

根据本公开的一实施方式，所述计算单元计算第二质点的位置至少遵循如下条件之一：

a.所述第一质点随着角色模型的其它骨骼运动；

b.所述第一质点和所述第二质点之间的距离保持为L；

c.所述第二质点受到重力的作用，重力加速度为g，重力方向定义在世界空间中；

d.所述第二质点受到方向为沿着初始所述第一质点与所述第二质点连线方向的一恢复力的作用，所述恢复力产生的加速度为a，所述恢复力的方向定义在角色模型的局部空间中；当角色发生旋转的时候，使所述恢复力做相应的旋转，通过矩阵M进行从所述局部空间转换到所述世界空间的旋转变换。

根据本公开的一实施方式，所述计算单元按照下述近似数值方法计算所述第二质点的位置：

a.根据如下公式计算得到所述第二质点的更新速度V′，

V′＝V(i)+g*t+M*a*t；

b.根据如下公式计算得到所述第二质点的更新位置P′，

P′＝P(i)+V′*t；

c.根据如下公式对更新位置P′进行修正，得到所述第二质点在第i+1帧的实际位置P(i+1)，

P(i+1)＝Pa+L*(P′-Pa)/|P′-Pa|；

其中，V(i)为所述第二质点在第i帧的速度，P(i)为所述第二质点在第i帧的位置，t为第i帧和第i+1帧之间的时间间隔，Pa是所述第一质点在第i+1帧的位置，P(i+1)为所述第二质点在第i+1帧的位置。

根据本公开的一实施方式，所述计算单元根据如下公式计算所述第二质点的速度：

V(i+1)＝(P(i+1)-P(i))/t，

其中，V(i+1)为所述第二质点在第i+1帧的速度。

根据本公开的一实施方式，所述旋转单元用于将所述虚设骨骼旋转后的方向与新的所述第一质点与所述第二质点连线方向一致。

根据本公开的一实施方式，还包括：局部运动单元，用于通过所述骨骼蒙皮使得所述虚设骨骼的旋转带动角色模型上相应部位顶点的运动。

根据本公开的一实施方式，所述虚设骨骼不具备动画信息。

根据本公开的一实施方式，所述第二质点为自由端点。

根据本公开的实现角色模型局部实时运动的方法及系统，能够让角色模型身上的某些局部可以随着角色模型的实际运动而自然的运动，从而使得角色模型能够具有更加逼真的动画表现效果，以吸引玩家。本公开与一般的技术方案不同点在于，通过增加虚设骨骼及蒙皮，让模拟过程只在角色模型局部对应的骨骼级别进行模拟，而和该局部所包含的顶点数目无关，使得模拟过程的计算开销非常小，但通过模拟过程中的约束条件，最终仍然能够比较自然、物理地让该局部随着角色模型运动而运动。另外，根据一些实施例，本公开的方法及系统不依赖于第三方的物理引擎，额外增加骨骼蒙皮，可以方便地集成到已有制作骨骼动画的开发流程中，在实现良好的表现效果的同时，其制作方式简单，可以极大地减少美术制作人员的工作量，具有简洁高效的优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1示出根据本公开示例实施方式的实现角色模型局部实时运动的方法流程图。

图2示出根据本公开示例实施方式的角色模型胸部的顶点和骨骼的示意图。

图3示出根据本公开示例实施方式的角色模型胸部实时运动的示意图。

图4示出根据本公开示例实施方式的实现角色模型胸部实时运动的系统组成示意图。

图5示出根据本公开示例实施方式的角色模型胸部随角色模型运动而运动的实际效果图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

图1示出根据本公开示例实施方式的实现角色模型局部实时运动的方法流程图。该方法可例如利用如图4所示的实现角色模型胸部实时运动的系统实现。需要注意的是，图1仅是根据本公开示例实施方式的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，图1所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

如图1所示，在步骤102，将虚设骨骼Ja与其它骨骼连接的端点作为第一质点A，另一个端点作为第二质点B，虚设骨骼Ja为在需要运动的局部部位增加的虚拟骨骼，虚设骨骼Ja具有骨骼蒙皮。

预处理制作阶段：美术制作人员在制作骨骼蒙皮的时候对于需要呈现摇晃效果的部位相应增加一虚设骨骼Ja，并给该部位上的顶点设置好蒙皮信息，使得这根虚设骨骼Ja能够驱动该部位的运动，但在后续的骨骼动画序列制作中，无需给这根骨骼制作动画信息。将虚设骨骼Ja的两个端点作为两个质点，和角色模型上其它骨骼连接的端点为第一质点A，另外一个端点为第二质点B，第一质点A和第二质点B之间通过直线段相连，直线段的长度为虚设骨骼Ja的长度L。

在步骤104，在角色运动过程中，计算所述第二质点B的位置。

实时模拟阶段：在角色运动过程中，在每一帧里面，在至少如下几个约束条件下，计算第二质点B的位置：1、第一质点A随着角色的其它骨骼运动；2、第二质点B和第一质点A之间的距离保持为L；3、第二质点B受到重力的作用；4、第二质点B受到方向为沿着原来AB连线方向的一个恢复力的作用。

在步骤106，根据第二质点B的位置，使虚设骨骼Ja做相应的旋转。

呈现阶段：在每一帧里面，根据上面计算得到的新的第二质点B的位置，将虚设骨骼Ja做相应的旋转，使得旋转后的方向能够和新的AB连线方向一致。之后通过之前预处理阶段的骨骼蒙皮，让虚设骨骼Ja的旋转带动角色模型上相应部位顶点的运动，从而达到该部位实时自然摇晃的效果。

本公开中，与一般的技术方案不同点在于，通过预处理阶段的骨骼蒙皮，让中间的模拟过程只在角色局部对应的骨骼级别进行模拟，而和该局部所包含的顶点数目无关，使得模拟过程的计算开销非常小，但通过模拟过程中的约束条件，最终仍然能够比较自然、物理地让该局部随着角色运动而摇晃。另外，预处理阶段额外增加的骨骼蒙皮，可以在原来制作骨骼动画的流程中同时进行，并不会给美术制作人员增加太多额外的工作量。

图2示出根据本公开示例实施方式的角色模型胸部的顶点和骨骼的示意图。

本公开针对的是角色模型的胸部，但本公开不以此为限，在角色模型运动过程中需要真实自然运动效果的部位均可，例如，还可以是角色模型的臀部等。

首先进行预处理制作，对于需要实时摇晃的角色胸部，增加一根虚设骨骼Ja，并对该部位进行相应的骨骼蒙皮操作，使得这跟骨骼能够驱动该部位的运动。

如图2所示，为了便于展示，这里显示的是二维的示意图，实际使用中，顶点和骨骼都是在三维空间中的。其中，新增加的虚设骨骼Ja连接到角色模型上已经存在的骨骼Jb，骨骼Jb是受到美术制作的骨骼动画影响的，不需要给虚设骨骼Ja制作动画信息，虚设骨骼Ja的增加在制作骨骼动画的流程中进行即可。虚设骨骼Ja在角色模型动画播放中，由骨骼Jb带动着进行实时运动。另外，虚设骨骼Ja的蒙皮操作可以采用本领域的现有技术，即确定模型上的顶点受到哪些骨骼运动的影响，以及对应的影响权重，使得骨骼进行运动的时候，驱动角色模型上这些顶点的运动，骨骼蒙皮操作并非本公开的发明点所在，故不赘述。

其次建立物理模型，模拟虚设骨骼Ja的端点第二质点B的运动，使得在角色运动过程中，端点可以实时、自然地随之运动。

根据示例实施例，虚设骨骼Ja的端点第一质点A是起点，第二质点B是终点，由于虚设骨骼Ja是和骨骼Jb相连的，因此第一质点A既是虚设骨骼Ja的起点，也是骨骼Jb的终点。将第一质点A和第二质点B通过直线段相连，直线段的长度为虚设骨骼Ja的长度L。根据角色模型运动的特点，建立物理模型，遵循至少如下几个条件之一计算第二质点B每一帧的位置：

a.第一质点A随着角色模型上其它骨骼运动，即作为骨骼Jb的终点，随着骨骼Jb运动，相当于是一种边界约束条件；

b.第二质点B和第一质点A之间的距离保持为L，即虚设骨骼Ja的运动是刚性的，在角色模型运动过程中，骨骼长度不会发生变化,但本公开不以此为限。本领域技术人员能够知晓，如果虚设骨骼Ja的运动及长度在一定弹性范围内波动，亦能产生本公开的效果；

c.第二质点B受到重力的作用，重力加速度为g，重力方向是定义在世界空间中的；

d.所述第二质点受到方向为沿着初始所述第一质点与所述第二质点连线方向的一恢复力的作用，所述恢复力产生的加速度为a，所述恢复力的方向定义在角色模型的局部空间中；当角色发生旋转的时候，使所述恢复力做相应的旋转，通过矩阵M进行从所述局部空间转换到所述世界空间的旋转变换。

需要说明的是，上述条件c和d是为了获得角色模型胸部真实自然的效果而引入的。对于条件c，在真实世界中，显然角色模型的胸部会受到重力的影响，有向下运动的趋势。对于条件d，加入恢复力的作用是为了让骨骼能够有一种回复到初始位置的趋势，即模拟胸部肌肉回弹的现象，保持原来的胸部形状和方向。另外需要注意的是，由于恢复力的作用是保持局部形状，因此它的方向是定义在角色模型的局部空间中的，即当角色模型发生上下左右旋转的时候，恢复力也会做相应的旋转。为了便于后面描述，假定通过矩阵M进行从局部空间转换到世界空间的旋转变换，M是一个3*3的矩阵。恢复力产生的加速度a与世界空间中的重力加速度g是同一量级的，M和a可由美术制作人员根据角色模型胸部的运动效果自行定义和调整，但本公开不以此为限。而相对地，重力则是定义在世界空间中的，即不会随着角色的旋转而变化。

在建立上述的物理模型后，我们在每帧中，根据角色的运动，实时计算出第二质点B的位置。本公开给出一种近似数值的方法计算第二质点B的位置。

a.假设第二质点B在每一帧中的位置为P(i)，速度为V(i)，每帧之间的时间间隔为t，则相邻两帧之间第二质点B的更新位置P′和更新速度V′可根据公式(1)计算得到，即根据加速度来更新第二质点B的速度，其中M*a是将恢复力产生的加速度从局部空间中转换到世界空间中。其中，位置是三维坐标，重力加速度和恢复力加速度都是三维的向量。第二质点B的初始位置由角色模型初始位置决定，初始速度通常设为零即可，

V′＝V(i)+g*t+M*a*t(1)。

b.在得到第二质点B的更新速度V′后，根据公式(2)计算得到第二质点B的更新位置P′，即根据更新速度来产生第二质点B的一个临时的新位置P′，

P′＝P(i)+V′*t(2)。

c.根据公式(3)对更新位置P′进行修正，得到第二质点B在第i+1帧的实际位置P(i+1)，即对这个临时位置P′进行修正，使得第一质点A和第二质点B之间的长度约束可以被满足，其中Pa是第一质点A在第i+1帧的位置，是由角色模型的实际运动所确定的，

P(i+1)＝Pa+L*(P′-Pa)/|P′-Pa|(3)。

d.根据公式(4)修正第二质点B在第i+1帧的速度V(i+1)，作为第i+2帧的初始速度，即根据第二质点B的实际位置修正其速度，

V(i+1)＝(P(i+1)-P(i))/t(4)。

上面是计算第二质点B的位置的一种近似数值方法，已经可以取得较好的结果，在实际使用中也可以采用其它的方法来计算第二质点B的位置，本公开不以此为限。

图3示出根据本公开示例实施方式的角色模型胸部实时运动的示意图。

如图3所示，根据虚设骨骼Ja的端点第二质点B的运动，将虚设骨骼Ja进行相应的旋转，并驱动角色模型胸部的运动。角色模型在没有动作的情况下，胸部也没有形变，虚设骨骼Ja在其初始位置。

当角色模型向上运动，即做出跳跃等动作时，第一质点A作为骨骼Jb的终点随骨骼Jb向上运动，同时作为虚设骨骼Ja的起点，带动虚设骨骼Ja进行相应运动，第二质点B作为虚设骨骼Ja的终点，在重力的作用下向下运动，AB的连线方向与初始位置相比发生了改变，虚设骨骼Ja向下旋转，虚设骨骼Ja的旋转带动角色模型上相应部位顶点的运动，角色模型胸部产生向下的形变。

与此同时，第二质点B受到沿着初始AB连线方向的恢复力的作用，第二质点B在该恢复力的作用下向上运动。同时，在重力的作用下，角色模型下落进行向下运动，骨骼Jb向下运动，带动第一质点A向下运动，第一质点A带动虚设骨骼Ja做相应的向下运动，而第二质点B在恢复力的作用下向上运动，使虚设骨骼Ja向上旋转，旋转后的方向与新的AB连线方向一致，虚设骨骼Ja的旋转带动角色模型上相应部位顶点的运动，角色模型胸部产生向上回弹的效果。角色模型的胸部随着角色模型的跳跃等动作，在重力及恢复力的共同作用下，产生实时自然的运动和形变。

本公开将虚设骨骼Ja进行旋转的方法是使得旋转后的虚设骨骼Ja方向能够和新的质点AB的连线方向一致。在这之后，通过之前预处理阶段的骨骼蒙皮，能够让虚设骨骼Ja的旋转带动角色模型上相应部位顶点的运动，从而达到角色模型胸部实时自然运动的效果。

应清楚地理解，本公开描述了如何形成和使用特定示例，但本公开的原理不限于这些示例的任何细节。相反，基于本公开公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施方式。

图4示出根据本公开示例实施方式的实现角色模型胸部实时运动的系统组成示意图。

本公开针对的是角色模型的胸部，但本公开不以此为限，在角色模型运动过程中需要真实自然运动效果的部位均可，例如，还可以是角色模型的臀部等。

如图4所示，实现角色模型胸部实时运动的系统200，包括：骨骼分析单元201，用于将虚设骨骼Ja与其它骨骼连接的端点作为第一质点A，另一个端点作为第二质点B，其为自由端点，虚设骨骼Ja为在需要运动的角色胸部增加的虚拟骨骼，虚设骨骼Ja具有骨骼蒙皮；计算单元202，用于在角色模型运动中计算第二质点B的位置；旋转单元203，用于根据第二质点B的位置，使虚设骨骼Ja做相应的旋转，虚设骨骼Ja旋转后的方向与新的第一质点A与第二质点B连线方向一致。

其中，第一质点A和第二质点B之间通过直线段相连，直线段的长度为虚设骨骼Ja长度L。

计算单元202计算第二质点B的位置至少遵循如下条件之一：

a.第一质点A随着角色模型上其它骨骼运动，即作为骨骼Jb的终点，随着骨骼Jb运动，相当于是一种边界约束条件；

b.第二质点B和第一质点A之间的距离保持为L，即虚设骨骼Ja的运动是刚性的，在角色模型运动过程中，骨骼长度不会发生变化,但本公开不以此为限。本领域技术人员能够知晓，如果虚设骨骼Ja的运动及长度在一定弹性范围内波动，亦能产生本公开的效果；

c.第二质点B受到重力的作用，重力加速度为g，重力方向是定义在世界空间中的；

d.所述第二质点受到方向为沿着初始所述第一质点与所述第二质点连线方向的一恢复力的作用，所述恢复力产生的加速度为a，所述恢复力的方向定义在角色模型的局部空间中；当角色发生旋转的时候，使所述恢复力做相应的旋转，通过矩阵M进行从所述局部空间转换到所述世界空间的旋转变换。

计算单元202按照下述近似数值方法计算所述第二质点B的位置：

a.假设第二质点B在每一帧中的位置为P(i)，速度为V(i)，每帧之间的时间间隔为t，则相邻两帧之间第二质点B的更新位置P′和更新速度V′可根据公式(1)计算得到，即根据加速度来更新第二质点B的速度，其中M*a是将恢复力产生的加速度从局部空间中转换到世界空间中。其中，位置是三维坐标，重力加速度和恢复力加速度都是三维的向量。第二质点B的初始位置由角色模型初始位置决定，初始速度通常设为零即可，

V′＝V(i)+g*t+M*a*t(1)。

b.在得到第二质点B的更新速度V′后，根据公式(2)计算得到第二质点B的更新位置P′，即根据更新速度来产生第二质点B的一个临时的新位置P′，

P′＝P(i)+V′*t(2)。

c.根据公式(3)对更新位置P′进行修正，得到第二质点B在第i+1帧的实际位置P(i+1)，即对这个临时位置P′进行修正，使得第一质点A和第二质点B之间的长度约束可以被满足，其中Pa是第一质点A在第i+1帧的位置，是由角色模型的实际运动所确定的，

P(i+1)＝Pa+L*(P′-Pa)/|P′-Pa|(3)。

d.根据公式(4)修正第二质点B在第i+1帧的速度V(i+1)，作为第i+2帧的初始速度，即根据最后第二质点B的实际位置修正其速度，

V(i+1)＝(P(i+1)-P(i))/t(4)。

上面是计算第二质点B的位置的一种近似数值方法，已经可以取得较好的结果，在实际使用中也可以采用其它的方法来计算第二质点B的位置，本公开不以此为限。

本公开的实现角色模型胸部实时运动的系统还包括局部运动单元204，用于通过骨骼蒙皮使得虚设骨骼Ja的旋转带动角色模型上相应部位顶点的运动。

图5示出根据本公开示例实施方式的角色模型胸部随角色模型运动而运动的实际效果图。

由于角色模型的胸部能够随着角色模型的运动产生实时自然的运动与形变，因此游戏中角色模型的运动更接近真实世界中的人物，会产生更逼真的模拟效果，使游戏角色模型更加生动，更能吸引游戏玩家。

本公开的实现角色模型胸部实时运动的方法及系统，为了使得角色模型胸部能够随着角色模型运动而自然地运动，在预处理阶段，美术制作人员首先给角色模型胸部增加一根骨骼，并通过骨骼蒙皮的方法，使得这根骨骼可以带动角色模型胸部的运动。在游戏运行时，当角色模型进行运动的时候，通过建立物理模型，可以实时计算出角色模型运动所引起的骨骼端点的运动，并且由于边界约束、长度约束、重力以及恢复力的影响，可以使得骨骼端点的运动有较为自然的效果。最后通过计算端点的位置来更新骨骼的旋转，并驱动对应部位的运动。由于骨骼端点的运动是较为自然的，因此最后角色模型胸部的运动也是一种自然运动的状态，可以符合人们对角色模型胸部实时运动的期望。由于骨骼端点的计算只在角色模型胸部的骨骼端点上进行，因此模拟过程的计算量很小，并且和角色模型胸部的顶点数目无关，适合于游戏开发这种对实时性要求比较高的场合。此外，预处理阶段额外增加的骨骼蒙皮，可以在原来制作骨骼动画的流程中同时进行，并不会给美术制作人员增加太多额外的工作量。因此，本方法在实现良好的表现效果的同时，具有简洁高效的优点。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施方式。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (18)

1.一种实现角色模型局部实时运动的方法，其特征在于，包括：

将虚设骨骼与其它骨骼连接的端点作为第一质点，另一个端点作为第二质点，所述虚设骨骼为在需要运动的局部部位增加的虚拟骨骼，所述虚设骨骼具有骨骼蒙皮；

在角色运动过程中，计算所述第二质点的位置；

根据所述第二质点的位置，使所述虚设骨骼做相应的旋转。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一质点和所述第二质点之间通过直线段相连，直线段的长度为所述虚设骨骼长度L。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，计算所述第二质点的位置至少遵循如下条件之一：

a.所述第一质点随着角色模型的其它骨骼运动；

b.所述第一质点和所述第二质点之间的距离保持为L；

c.所述第二质点受到重力的作用，重力加速度为g，重力方向定义在世界空间中；

d.所述第二质点受到方向为沿着初始所述第一质点与所述第二质点连线方向的一恢复力的作用，所述恢复力产生的加速度为a，所述恢复力的方向定义在角色模型的局部空间中；当角色发生旋转的时候，使所述恢复力做相应的旋转，通过矩阵M进行从所述局部空间转换到所述世界空间的旋转变换。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，按照下述近似数值方法计算所述第二质点的位置：

a.根据如下公式计算得到所述第二质点的更新速度V′，

V′＝V(i)+g*t+M*a*t；

b.根据如下公式计算得到所述第二质点的更新位置P′，

P′＝P(i)+V′*t；

c.根据如下公式对更新位置P′进行修正，得到所述第二质点在第i+1帧的实际位置P(i+1)，

P(i+1)＝Pa+L*(P′-Pa)/|P′-Pa|；

其中，V(i)为所述第二质点在第i帧的速度，P(i)为所述第二质点在第i帧的位置，t为第i帧和第i+1帧之间的时间间隔，Pa是所述第一质点在第i+1帧的位置，P(i+1)为所述第二质点在第i+1帧的位置。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据如下公式计算所述第二质点的速度：

V(i+1)＝(P(i+1)-P(i))/t，

其中，V(i+1)为所述第二质点在第i+1帧的速度。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使所述虚设骨骼做相应的旋转包括使所述虚设骨骼旋转后的方向与新的所述第一质点与所述第二质点连线方向一致。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：通过所述骨骼蒙皮使得所述虚设骨骼的旋转带动角色模型上相应部位顶点的运动。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚设骨骼不具备动画信息。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二质点为自由端点。

10.一种实现角色模型局部实时运动的系统，其特征在于：包括：

骨骼分析单元，用于将虚设骨骼与其它骨骼连接的端点作为第一质点，另一个端点作为第二质点，所述虚设骨骼为在需要运动的局部部位增加的虚拟骨骼，所述虚设骨骼具有骨骼蒙皮；

计算单元，用于在角色运动过程中，计算所述第二质点的位置；

旋转单元，用于根据所述第二质点的位置，使所述虚设骨骼做相应的旋转。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一质点和所述第二质点之间通过直线段相连，直线段的长度为所述虚设骨骼长度L。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述计算单元计算第二质点的位置至少遵循如下条件之一：

a.所述第一质点随着角色模型的其它骨骼运动；

b.所述第一质点和所述第二质点之间的距离保持为L；

c.所述第二质点受到重力的作用，重力加速度为g，重力方向定义在世界空间中；

d.所述第二质点受到方向为沿着初始所述第一质点与所述第二质点连线方向的一恢复力的作用，所述恢复力产生的加速度为a，所述恢复力的方向定义在角色模型的局部空间中；当角色发生旋转的时候，使所述恢复力做相应的旋转，通过矩阵M进行从所述局部空间转换到所述世界空间的旋转变换。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述计算单元按照下述近似数值方法计算所述第二质点的位置：

a.根据如下公式计算得到所述第二质点的更新速度V′，

V′＝V(i)+g*t+M*a*t；

b.根据如下公式计算得到所述第二质点的更新位置P′，

P′＝P(i)+V′*t；

c.根据如下公式对更新位置P′进行修正，得到所述第二质点在第i+1帧的实际位置P(i+1)，

P(i+1)＝Pa+L*(P′-Pa)/|P′-Pa|；

其中，V(i)为所述第二质点在第i帧的速度，P(i)为所述第二质点在第i帧的位置，t为第i帧和第i+1帧之间的时间间隔，Pa是所述第一质点在第i+1帧的位置，P(i+1)为所述第二质点在第i+1帧的位置。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述计算单元根据如下公式计算所述第二质点的速度:

V(i+1)＝(P(i+1)-P(i))/t，

其中，V(i+1)为所述第二质点在第i+1帧的速度。

15.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述旋转单元用于将所述虚设骨骼旋转后的方向与新的所述第一质点与所述第二质点连线方向一致。

16.如权利要求10所述的系统，其特征在于，还包括：局部运动单元，用于通过所述骨骼蒙皮使得所述虚设骨骼的旋转带动角色模型上相应部位顶点的运动。

17.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述虚设骨骼不具备动画信息。

18.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第二质点为自由端点。