CN110533751B - 一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，包括文件系统、动画编辑器和动画控制器，所述文件系统包括数据模型、数据处理与数据存储，所述动画控制器包括命令单元编辑、命令执行策略与动画执行策略，本发明涉及三维可视化动画技术领域。该具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，通过将整个动画开发内容，分成一个个小段的动画，然后将这些小段的动画串联起来，涉及文件的导入、数据结构规划、动画的编辑和预览、数据处理、动画交互播放等。不依赖于其他软件，即可制作三维交互动画，并且功能丰富，本发明的动画实现模式是通过帧动画加脚本的形式，两者均具有多样性，能够实现各种复杂的功能。

Description

一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法

技术领域

本发明涉及三维可视化动画技术领域，具体为一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法。

背景技术

交互动画是指在动画作品播放时支持事件响应和交互功能的一种动画，也就是说，动画播放时可以接受某种控制，这种控制可以是动画播放者的某种操作，也可以是在动画制作时预先准备的操作，这种交互性提供了观众参与和控制动画播放内容的手段，使观众由被动接受变为主动选择，最典型的交互式动画就是FLASH动画，观看者可以用鼠标或键盘对动画的播放进行控制。

当前主流的动画开发平台、软件或者引擎，有2D的flash动画制作软件，三维的软件平台有3DMAX、AI等制作的三维骨骼动画，以及大量用于机械行业中的Solidworks和Catia等工业动画软件，这些软件均具有以下特征：动画编辑和播放软件，基本上是国外公司的产品，我国缺少国产的动画开发平台和引擎；因此每年，我国都花费大量的经费来购买这些软件；这些软件的使用，对专业素质要求高，需要经过系统的培训和项目经验的积累，才能熟练使用；这些软件功能单一，不具体三维交互功能；可拓展性差，可编辑性有限；文件体量大，在性能方面表现一般；对于长时间动画(30分钟以上)，经常会出现一些错误；适用平台有限，大部分不支持web端或者VR端，需要结合其他软件来使用；制作成本高；软件的使用门槛，以及时间花费，使得这类三维动画开发成本居高不下，阻碍了三维可视化的应用与普及，在当前的工业领域、教育领域，有大量的三维交互可视化动画开发需求，如大型机械的拆解与安装动画；复杂流程的展示动画；商业三维演示方案，但上述软件并不能很好地解决这些问题，我们结合用户的需求，充分考虑到国人的使用习惯，发明了一种三维交互动画开发与播放的解决方案，能够有效地解决上述方案。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，解决了软件功能单一，不具体三维交互功能；可拓展性差，可编辑性有限；文件体量大，在性能方面表现一般；适用平台有限，大部分不支持web端或者VR端，需要结合其他软件来使用；制作成本高的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，包括文件系统、动画编辑器和动画控制器，所述文件系统包括数据模型、数据处理与数据存储，所述动画控制器包括命令单元编辑、命令执行策略与动画执行策略，其特征在于：所述动画编辑器生成动画单元，所述动画控制器生成命令单元，所述命令单元以参数化脚本的形式将动画单元串联起来形成的一个整体而完整的动画，所述动画单元按层划分动画组、动画单元、动画剪揖、动画帧，并且命令单元按层划分为项目单元、事件单元、命令单元，所述动画组包含动画单元，并且一个动画单元代表可以执行的一段动画，所述一段动画包含有三维节点，所述一个三维节点执行一项动画任务，并且执行一项动画任务即为剪辑，所述一个剪揖会记录该节点在不同时间的状态参数，所述对于一个时间节点的状态即为帧，所述一个帧根据动画任务的不同存储的数据也不一样，所述项目单元对命令单元进行分类，将关键的动画节点按照项目单元来进行划分，方便动画编辑器调用，所述一个项目单元的下一层单位是事件单元，所述命令单元是最基本的执行单位，所述事件单元是最基本的入口单位，所有的交互都是通过事件来触发的，并且事件单元可以在动画单元和动画控制器中被调用。

优选的，所述数据处理与存储即对动画编辑器和动画控制器产生的数据进行处理存储，处理的方法包括创建、删除、修改、查询，所述数据库的处理模块包括数据的创建、删除以及数据表的创建、删除、修改、重命名与数据表的排序，所述数据存储采用Transaction事务机制，并且Transaction事务机制利用sqlite在先收集存储命令，然后一次性处理。

优选的，所述动画编辑器按三个过程实现动画单元的编辑：设定初始状态、编辑动画单元、动画效果预览反馈机制，设定初始状态预先设定镜头的位置和角度，并将这些镜头的相关属性记录下来，以方便镜头切换时调用，然后预先设定三维对象的属性，在编辑某个动画单元时，通过事件的快速设定机制，设定开始执行此步动画对应的环境，编辑动画单元在设定好初始状态之后，即可以编辑动画，设定一个三维树结构管理系统后设定一个三维展示组件，设定一个动画组控制组件后设定一个动画单元控制组件，设定一个动画剪揖控制组件后设定一个动画帧控制组件，并且动画帧的控制组件由时间轴管理可视化界面和帧属性设置可视化界面组成，接着在设定一个镜头列表控制组件后设定一个事件快速执行组件，最后进行动画效果预览。

优选的，所述命令单元编辑设定命令单元分组类型，设定命令单元分组类型导航组件，用于快速定位到需要编辑的命令单元，命令单元通过类型属性来进行鉴别，命令单元的编辑采用参数化编辑的方式，可以能进行向下、向下、插入等操作，改变命令单元在列表中的位置，录常用的命令单元作为列表，方便快速引用编辑。

优选的，所述命令单元的执行入口为事件单元，另外命令单元设定阻塞属性，当命令单元处于阻塞时，需要等待该命令单元执行完毕后，才能执行下一个命令单元，允许多个事件单元同时执行，事件单元之间不会相互干涉，最后对于每一个完整的动画，设定一个初始事件单元。

优选的，所述动画执行策略设定一个播放动画的命令单元，用于动画单元的播放，接着设定一个动画单元选择列表，用于指定要播放的动画单元，设定起始播放时间点，设定播放节奏，播放节奏包括不限于正向、反向、正向循环、反向循环、乒乓等播放方式，最后设定播放动画时是否阻塞。

优选的，所述命令单元快速计算方法对于每种命令单元均设定一个瞬间执行的方法，动画单元的快速执行，只需要设置最后一个时间帧的状态即可，接着设置起始事件的命令，再设置终止事件的命令，对命令列表进行遍历快速执行，即可到达编辑当前动画单元的节点时的状态，防循环卡死，设定一个事件单元池，由于记录已经快速执行的事件，如果待快速执行的事情已经在该单元池中，则不执行。

优选的，所述动画的预览编辑模式会进入预览模式，设定一个起始的事件，执行预览后，会按照命令执行策略进行动画预览，动画预览时节点的属性会发生改变，但不会存储，通过重置按钮进行还原，在预览模式下，满足动画播放的所有功能。

优选的，所述动画的播放逻辑首先进行初始化，接着对动画单元预处理，然后进行命令单元的执行，在命令单元执行后进行动画单元的执行，对于动画单元播放内容包括并不限于镜头控制、机械动画、提示以及材质和颜色改变、高亮显示。

优选的，所述动画的交互逻辑分为动画节点管理功能、动画的基本控制功能与3D控制。

(三)有益效果

本发明提供了一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，通过将整个动画开发内容，分成一个个小段的动画，然后将这些小段的动画串联起来，形成一个完整的动画，完整性，本发明是一个闭环的解决方案，涉及文件的导入、数据结构规划、动画的编辑和预览、数据处理、动画交互播放等。不依赖于其他软件，即可制作三维交互动画，并且功能丰富，本发明的动画实现模式是通过帧动画加脚本的形式，两者均具有多样性，能够实现各种复杂的功能。

(2)、该具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，通过一个剪揖会记录该节点在不同时间的状态参数，一个剪揖会包含多个帧数据。一个帧，根据动画任务的不同，存储的数据也不一样，性能强大，动画是通过节点来实现的，相比较纯粹的帧数据，数据体量较小，容易加载和维护，由于动画分成了一个个小单元，因此能够实现逐单元播放，超长的动画时长，理论上利用本发明制作的动画，不限制时长。

(3)、该具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，通过动画编辑时的，节点定位功能，在编辑超长动画时，可以快速定位到当前动画单元，编辑当前动画，可编辑性，通过本发明采用了帧动画编辑器和动画控制器，两种编辑器，结构明了，分类清晰，编辑性强，方便修改和维护，易操作性，本发明实现的动画编辑功能，基本上是基于参数化来进行的，操作简单，容易入手。

(5)、该具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，通过动画具有交互功能，动画在非播放状态时，可以进行3D控制，独特的交互模式，本发明实现的动画，在播放过程，能够进行三维交互操作，适用性，本发明适用于多平台，满足且不限于web端、PC端、移动端、VR端等平台，成本低，使用本发明进行三维动画开发，在开发出高质量的三维动画同时，降低了开发人员的门槛和开发时间，相当于降低了开发成本。

附图说明

图1为本发明三维可视化动画制作方法的结构原理框图；

图2为本发明动画编辑器的结构原理框图；

图3为本发明动画单元的结构原理框图；

图4为本发明数据处理结构的流程图；

图5为本发明动画编辑器的结构原理框图；

图6为本发明动画播放的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明实施例提供一种技术方案：一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，包括文件系统、动画编辑器和动画控制器，所述文件系统包括数据模型、数据处理与数据存储，所述动画控制器包括命令单元编辑、命令执行策略与动画执行策略，其特征在于：所述动画编辑器生成动画单元，所述动画控制器生成命令单元，所述命令单元以参数化脚本的形式将动画单元串联起来形成的一个整体而完整的动画，所述动画单元按层划分动画组、动画单元、动画剪揖、动画帧，并且命令单元按层划分为项目单元、事件单元、命令单元，所述动画组包含动画单元，并且一个动画单元代表可以执行的一段动画，所述一段动画包含有三维节点，所述一个三维节点执行一项动画任务，并且执行一项动画任务即为剪辑，所述一个剪揖会记录该节点在不同时间的状态参数，所述对于一个时间节点的状态即为帧，所述一个帧根据动画任务的不同存储的数据也不一样，所述项目单元对命令单元进行分类，将关键的动画节点按照项目单元来进行划分，方便动画编辑器调用，所述一个项目单元的下一层单位是事件单元，所述命令单元是最基本的执行单位，所述事件单元是最基本的入口单位，所有的交互都是通过事件来触发的，并且事件单元可以在动画单元和动画控制器中被调用，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

本发明中，数据处理与存储即对动画编辑器和动画控制器产生的数据进行处理存储，处理的方法包括创建、删除、修改、查询，所述数据库的处理模块包括数据的创建、删除以及数据表的创建、删除、修改、重命名与数据表的排序，所述数据存储采用Transaction事务机制，并且Transaction事务机制利用sqlite在先收集存储命令，然后一次性处理。

本发明中，动画编辑器按三个过程实现动画单元的编辑：设定初始状态、编辑动画单元、动画效果预览反馈机制，设定初始状态预先设定镜头的位置和角度，并将这些镜头的相关属性记录下来，以方便镜头切换时调用，然后预先设定三维对象的属性，在编辑某个动画单元时，通过事件的快速设定机制，设定开始执行此步动画对应的环境，编辑动画单元在设定好初始状态之后，即可以编辑动画，设定一个三维树结构管理系统后设定一个三维展示组件，设定一个动画组控制组件后设定一个动画单元控制组件，设定一个动画剪揖控制组件后设定一个动画帧控制组件，并且动画帧的控制组件由时间轴管理可视化界面和帧属性设置可视化界面组成，接着在设定一个镜头列表控制组件后设定一个事件快速执行组件，最后进行动画效果预览。

本发明中，命令单元编辑设定命令单元分组类型，设定命令单元分组类型导航组件，用于快速定位到需要编辑的命令单元，命令单元通过类型属性来进行鉴别，命令单元的编辑采用参数化编辑的方式，可以能进行向下、向下、插入等操作，改变命令单元在列表中的位置，录常用的命令单元作为列表，方便快速引用编辑。

本发明中，命令单元的执行入口为事件单元，另外命令单元设定阻塞属性，当命令单元处于阻塞时，需要等待该命令单元执行完毕后，才能执行下一个命令单元，允许多个事件单元同时执行，事件单元之间不会相互干涉，最后对于每一个完整的动画，设定一个初始事件单元。

本发明中，动画执行策略设定一个播放动画的命令单元，用于动画单元的播放，接着设定一个动画单元选择列表，用于指定要播放的动画单元，设定起始播放时间点，设定播放节奏，播放节奏包括不限于正向、反向、正向循环、反向循环、乒乓等播放方式，最后设定播放动画时是否阻塞。

本发明中，命令单元快速计算方法对于每种命令单元均设定一个瞬间执行的方法，动画单元的快速执行，只需要设置最后一个时间帧的状态即可，接着设置起始事件的命令，再设置终止事件的命令，对命令列表进行遍历快速执行，即可到达编辑当前动画单元的节点时的状态，防循环卡死，设定一个事件单元池，由于记录已经快速执行的事件，如果待快速执行的事情已经在该单元池中，则不执行。

本发明中，动画的预览编辑模式会进入预览模式，设定一个起始的事件，执行预览后，会按照命令执行策略进行动画预览，动画预览时节点的属性会发生改变，但不会存储，通过重置按钮进行还原，在预览模式下，满足动画播放的所有功能。

本发明中，动画的播放逻辑首先进行初始化，接着对动画单元预处理，然后进行命令单元的执行，在命令单元执行后进行动画单元的执行，对于动画单元播放内容包括并不限于镜头控制、机械动画、提示以及材质和颜色改变、高亮显示。

本发明中，动画的交互逻辑分为动画节点管理功能、动画的基本控制功能与3D控制，按照事件的节点分类，对动画单元进行标识，0不显示标识，1-代表1级动画节点；2-代表2级动画节点，初始显示的是1级动画节点，1级动画节点能够展开和收起，其对应的2级动画节点，1级动画节点和2级动画节点，单击后会产生跳转功能，按照命令单元快速执行逻辑跳转至对应的动画状态上，本发明制作的三维动画存在高自由度，因此可控制的元素很多，可间接实现的功能包括暂停、上一步动画、下一步动画、重新开始、逐节点播放、控制动画播放速度，在场景中选中对象，从镜头处向鼠标点击的位置发射一条射线，与三维节点的碰撞盒交叉发生接触时，会使该节点被选中，通过键鼠，对镜头进行操作，包括但不限于界面向左、右、前、后、上、下等方向进行平移、旋转、拉远拉远，选中三维节点，然后控制三维节点平移、旋转，控制三维节点剖切、透视化。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，包括文件系统、动画编辑器和动画控制器，所述文件系统包括数据模型、数据处理与数据存储，所述动画控制器包括命令单元编辑、命令执行策略与动画执行策略，其特征在于：所述动画编辑器生成动画单元，所述动画控制器生成命令单元，所述命令单元以参数化脚本的形式将动画单元串联起来形成的一个整体而完整的动画，所述动画单元按层划分动画组、动画单元、动画剪揖、动画帧，并且命令单元按层划分为项目单元、事件单元、命令单元，所述动画组包含动画单元，并且一个动画单元代表可以执行的一段动画，一段动画包含有三维节点，一个三维节点执行一项动画任务，并且执行一项动画任务即为剪辑，一个剪揖会记录该节点在不同时间的状态参数，对于一个时间节点的状态即为帧，一个帧根据动画任务的不同存储的数据也不一样，所述项目单元对命令单元进行分类，将关键的动画节点按照项目单元来进行划分，方便动画编辑器调用，一个项目单元的下一层单位是事件单元，所述命令单元是最基本的执行单位，所述事件单元是最基本的入口单位，交互都是通过事件来触发的，并且事件单元可以在动画单元和动画控制器中被调用；

所述命令单元编辑设定命令单元分组类型，设定命令单元分组类型导航组件，用于快速定位到需要编辑的命令单元，命令单元通过类型属性来进行鉴别，命令单元的编辑采用参数化编辑的方式，能进行向下、向下、插入操作，改变命令单元在列表中的位置，录常用的命令单元作为列表，方便快速引用编辑；

所述命令单元的执行入口为事件单元，另外命令单元设定阻塞属性，当命令单元处于阻塞时，需要等待该命令单元执行完毕后，才能执行下一个命令单元，允许多个事件单元同时执行，事件单元之间不会相互干涉，最后对于每一个完整的动画，设定一个初始事件单元；

所述动画执行策略设定一个播放动画的命令单元，用于动画单元的播放，接着设定一个动画单元选择列表，用于指定要播放的动画单元，设定起始播放时间点，设定播放节奏，播放节奏包括不限于正向、反向、正向循环、反向循环、乒乓播放方式，最后设定播放动画时是否阻塞。

2.根据权利要求1所述的一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，其特征在于：所述数据处理与存储即对动画编辑器和动画控制器产生的数据进行处理存储，处理的方法包括创建、删除、修改、查询，所述数据处理包括数据的创建、删除以及数据表的创建、删除、修改、重命名与数据表的排序，所述数据存储采用Transaction事务机制，并且Transaction事务机制利用sqlite在先收集存储命令，然后一次性处理。

3.根据权利要求1所述的一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，其特征在于：所述动画编辑器按三个过程实现动画单元的编辑：设定初始状态、编辑动画单元、动画效果预览反馈机制，设定初始状态预先设定镜头的位置和角度，并将这些镜头的相关属性记录下来，以方便镜头切换时调用，然后预先设定三维对象的属性，在编辑某个动画单元时，通过事件的快速设定机制，设定开始执行此步动画对应的环境，编辑动画单元在设定好初始状态之后，即可以编辑动画，设定一个三维树结构管理系统后设定一个三维展示组件，设定一个动画组控制组件后设定一个动画单元控制组件，设定一个动画剪揖控制组件后设定一个动画帧控制组件，并且动画帧的控制组件由时间轴管理可视化界面和帧属性设置可视化界面组成，接着在设定一个镜头列表控制组件后设定一个事件快速执行组件，最后进行动画效果预览。

4.根据权利要求1所述的一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，其特征在于：所述命令单元的快速计算方法对于每种命令单元均设定一个瞬间执行的方法，动画单元的快速执行，只需要设置最后一个时间帧的状态即可，接着设置起始事件的命令，再设置终止事件的命令，对命令列表进行遍历快速执行，即可到达编辑当前动画单元的节点时的状态，防循环卡死，设定一个事件单元池，由于记录已经快速执行的事件，如果待快速执行的事情已经在该单元池中，则不执行。

5.根据权利要求3所述的一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，其特征在于：动画的预览编辑模式会进入预览模式，设定一个起始的事件，执行预览后，会按照命令执行策略进行动画预览，动画预览时节点的属性会发生改变，但不会存储，通过重置按钮进行还原，在预览模式下，满足动画播放的所有功能。

6.根据权利要求1所述的一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，其特征在于：所述动画的播放逻辑首先进行初始化，接着对动画单元预处理，然后进行命令单元的执行，在命令单元执行后进行动画单元的执行，对于动画单元播放内容包括并不限于镜头控制、机械动画、提示以及材质和颜色改变、高亮显示。

7.根据权利要求1所述的一种具有交互功能的三维可视化动画制作与播放方法，其特征在于：所述动画的交互逻辑分为动画节点管理功能、动画的基本控制功能与3D控制。