CN117095092A - 一种用于视觉艺术的动画制作系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动画制作技术领域，公开一种用于视觉艺术的动画制作系统和方法，包括图像采集和处理模块、动画生成和编辑模块、特效和渲染模块以及声音设计和编辑模块，步骤1、图像采集和处理；步骤2、动画生成和编辑；步骤3、特效应用；步骤4、音频合成和编辑以及步骤5、导出和发布。本发明通过自动化和实时预览功能降低了技术门槛，同时，提供高度可定制性，使用户能够根据自己的创意需求自由选择和编辑图像元素、特效、音频和导出设置，实现个性化的动画创作，并借助深度学习和图像处理技术，可生成高质量的视觉艺术效果，提升动画作品的视觉吸引力，此外，自动化和实时预览显著减少了时间和资源成本，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及动画制作技术领域，具体为一种用于视觉艺术的动画制作系统和方法。
背景技术
目前，传统的动画制作流程通常包括手工绘制动画帧、色彩填充、背景制作和后期特效处理，这个过程是手工的、耗时的，需要专业的艺术家和动画师进行精细的工作，传统动画制作通常需要大量的帧数来创建流畅的动画效果，因此成本较高；
随着计算机图形技术的进步，数字化动画制作变得更加普及，传统动画制作方法逐渐被数字化工具所取代，数字化动画制作包括使用计算机软件绘制和编辑动画帧，以及应用特效和动画元素。
但是现有的用于视觉艺术的动画制作系统和方法，至少还存在以下缺陷：
1、许多传统动画制作方法和专业软件工具对用户有较高的技术要求，这使得动画制作对于非专业人士和初学者来说变得复杂，需要较长的学习时间和培训；
2、传统动画制作通常需要大量的时间，因为它涉及逐帧的绘制和处理，统动画制作通常需要大量的资源，包括专业人员、硬件、软件和许可证费用，这会使独立艺术家和小团队难以承受高昂的制作成本，限制了创作的自由度；
3、传统动画制作通常需要大量的时间和努力，尤其是在绘制每一帧、特效处理和后期制作方面，这限制了动画制作的速度和效率；
4、一些传统动画制作方法和软件工具可能受到创意的限制，因为它们倾向于依赖于预定义的模板和效果，这可能会限制艺术家和创作者的创造力和创意发挥。
因此，我们提出一种用于视觉艺术的动画制作系统和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于视觉艺术的动画制作系统和方法，通过自动化和实时预览功能降低了技术门槛，使更多人能够轻松创作动画，同时，提供高度可定制性，使用户能够根据自己的创意需求自由选择和编辑图像元素、特效、音频和导出设置，实现个性化的动画创作，并借助深度学习和图像处理技术，可生成高质量的视觉艺术效果，提升动画作品的视觉吸引力，此外，自动化和实时预览显著减少了制作动画所需的时间和资源成本，提高了制作效率，解决了背景技术中所提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于视觉艺术的动画制作系统，包括图像采集和处理模块、动画生成和编辑模块、特效和渲染模块以及声音设计和编辑模块；
所述图像采集和处理模块摄像头、扫描仪以及3D渲染引擎，所述图像采集和处理模块基于图像分割算法，所述图像分割算法能够自动识别关键元素以及执行高级图像分析；
所述动画生成和编辑模块包括骨骼动画、流体仿真、粒子系统以及碰撞检测功能，且支持蒙皮、路径动画以及布料模拟；
所述特效和渲染模块支持光线追踪、体积渲染和材质编辑，所述特效和渲染模块可以应用实时光照、环境光遮蔽、抗锯齿和全局光照效果；
所述声音设计和编辑模块允许用户添加、编辑和混合音频轨道，且支持均衡、降噪、混响和立体声声音定位。
作为本发明的一种优选实施方式，所述图像采集和处理模块使用虚拟现实以及增强现实技术进行实时图像捕获和处理。
作为本发明的一种优选实施方式，所述动画生成和编辑模块提供分布式计算支持。
作为本发明的一种优选实施方式，所述特效和渲染模块中特效和渲染效果可以以图层方式堆叠。
作为本发明的一种优选实施方式，所述声音设计和编辑模块集成有音频合成技术。
一种用于视觉艺术的动画制作方法，包括以下步骤：
步骤1、图像采集和处理：首先用户上传或输入原始图像，再使用图像分割算法将原始图像分割成不同的区域，再运用特征提取技术识别图像中的关键特征，最后进行颜色分析，提取图像中的颜色信息并生成调色板；
步骤2、动画生成和编辑：首先用户从分割后的图像元素中选择要在动画中使用的元素，然后在动画时间轴编辑器中排列图像元素的顺序和持续时间，随后使用物理建模合成创建三维对象并调整其属性；
步骤3、特效应用：用户从广泛的特效库中选择一个或多个视觉艺术效果，并使用节点编辑器，创建特效节点并定义其参数和控制方式；
步骤4、音频合成和编辑：用户使用声音合成器生成音频，再使用音频编辑工具进行音频剪辑和调整，使其与动画内容同步；
步骤5、导出和发布：用户可以选择相应的格式将动画导出，如果需要将动画导出为VR或AR应用时，可使用相应的导出器生成适用于这些平台的文件格式，最后用户可以选择直接将动画上传到社交媒体平台。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤1中图像分割算法可使用阈值分割，所述步骤1中特征提取技术可使用角点检测。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤2中用户可以设置动画路径、运动效果和变形动画。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤3中特效编辑器允许用户在实时预览中查看特效的应用效果，并进行参数微调，且特效可以堆叠并在不同的动画帧之间渐变。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤4中音频合成技术可以基于物理模型合成方法，用户可以在音频轨道上添加均衡、混响以及合唱。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明的用于视觉艺术的动画制作系统和方法，该系统集成了图像处理、三维建模、特效应用和音频处理等多个媒体处理领域的功能，这种整合性使用户能够在一个平台上处理多媒体元素，简化了工作流程，将传统的复杂动画制作流程简化为一种直观的、用户友好的界面，这降低了制作动画的技术门槛，使更多的人能够轻松创作动画作品。
2.本发明的用于视觉艺术的动画制作系统和方法，用户可以根据自己的创意需求，选择和编辑图像元素、应用特效、调整音频和导出设置，这种高度可定制性使用户能够创建个性化的视觉艺术动画作品，且系统还提供实时渲染和预览功能，允许用户即时查看特效和动画的效果，并在编辑过程中进行微调，这样，用户可以实验不同的创作方向，以获得最佳结果。
3.本发明的用于视觉艺术的动画制作系统和方法，使用深度学习和先进的图像处理技术，系统可以生成高质量的视觉艺术效果，包括复杂的分割、特效和颜色校正，这可以大大便捷用户创作出引人入胜的动画作品。
4.本发明的用于视觉艺术的动画制作系统和方法，通过与社交媒体平台的整合，用户可以轻松分享自己的作品，与社区互动，提高用户的社交体验。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明用于视觉艺术的动画制作系统和方法的整体结构示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种用于视觉艺术的动画制作系统和方法，包括图像采集和处理模块、动画生成和编辑模块、特效和渲染模块以及音频合成和编辑模块。
步骤1、图像采集和处理：首先用户上传或输入原始图像，再使用图像分割算法将原始图像分割成不同的区域，再运用特征提取技术识别图像中的关键特征，最后进行颜色分析，提取图像中的颜色信息并生成调色板。
本实施方式中，步骤1具体包括：
1.1、创建一个直观的用户界面，允许用户上传图像文件或使用摄像头捕获实时图像；
实现图像上传和处理模块，支持多种常见图像格式，如JPEG、PNG、BMP等。
1.2、使用深度学习技术，如语义分割神经网络(如U-Net或Mask R-CNN)，将原始图像分割成不同的区域，每个区域代表一个图像元素；
而应用卷积神经网络(CNN)来提取每个分割区域中的关键特征，如边缘、纹理、颜色和形状信息。
本实施方式中，卷积运算在卷积神经网络(CNN)中广泛使用，用于特征提取和图像滤波，卷积操作的数学公式：
其中f是原始图像，g是卷积核，*表示卷积操作。
阈值分割通常使用简单的阈值公式来将图像分割成两个区域，如黑白二值图像：
其中，T是分割后的图像，f是原始图像。
1.3、使用聚类算法(如K均值聚类)对每个分割区域内的像素颜色进行分析，生成颜色调色板；
应用颜色校正算法，如直方图均衡化或颜色映射，以确保图像中的颜色一致性，根据需要可对颜色进行微调。
本实时方式中，K均值聚类算法的数学公式用于将颜色分组成K个簇:
其中xj是颜色样本，ci是第i个簇的中心。
颜色校正可以使用各种方法，如直方图均衡化，其数学公式为：
其中T是校正后的像素值，L是像素灰度级别，M和N是图像的宽度和高度，p(i,j)是像素i,j的直方图。
步骤2、动画生成和编辑：首先用户从分割后的图像元素中选择要在动画中使用的元素，然后在动画时间轴编辑器中排列图像元素的顺序和持续时间，随后使用物理建模合成创建三维对象并调整其属性。
本实施方式中，步骤2具体包括：
2.1、设计有图像元素选择界面，用户可以从已分割的图像元素中选择要在动画中使用的元素；
创建有可视化的时间轴编辑器，允许用户排列图像元素的顺序、设置持续时间和调整位置、旋转或缩放效果。
2.2、整合三维建模工具，允许用户创建、导入和编辑三维模型、纹理和动画，例如，使用Blender或Maya进行三维元素的制作；
集成物理引擎，如Unity中的PhysX或Unreal Engine的物理引擎，以模拟和编辑三维元素的物理行为和碰撞效果。
步骤3、特效应用：用户从广泛的特效库中选择一个或多个视觉艺术效果，并使用节点编辑器，创建特效节点并定义其参数和控制方式。
本实施方式中，步骤3具体包括：
3.1、建立有广泛的特效库，包含各种预定义的视觉特效，如滤镜、光效、颜色校正、模糊、粒子效果等；
设计一个节点编辑器界面，允许用户在动画序列上应用特效，创建特效节点并调整其参数，以实现所需的视觉效果。
3.2、提供有实时渲染窗口，用户可以在其中查看动画，并即时看到特效效果的变化、允许用户在特效节点上实时微调参数，包括特效的强度、持续时间、位置和渐变等，以满足其创意需求。
本实时方式中,在特效应用工作时，通过进行线性插值来过渡特效参数的变化,线性插值的数学公式为：
插值值＝(1﹣t)·起始值+t·结束值
其中t是插值系数，通常在0到1之间。
步骤4、音频合成和编辑：用户使用声音合成器生成音频，再使用音频编辑工具进行音频剪辑和调整，使其与动画内容同步。
本实施方式中，步骤4具体包括：
4.1、构建有音频片段库，包含音乐、声音效果和声音元素，用户可以从中选择合适的音频素材；
使用合成引擎，如基于示例的合成或物理建模合成，将所选音频片段合成为动画需要的音频。
4.2、集成有音频轨道编辑器，用户可以在其中添加、排列和调整音频轨道，应用音频效果，如均衡、混响、压缩等；
提供音频剪辑工具，允许用户在时间轴上编辑音频，调整音频片段的位置、持续时间和音量，以与动画内容同步。
本实时方式中，声音波形合成通常涉及正弦波和复杂波形的合成，使用正弦函数来表示声音信号：
S(t)＝A·sin(2πft+φ)
其中S(t)是声音波形，A是振幅，f是频率，t是时间，φ是相位。
音频效果处理往往涉及滤波器、均衡器等，这些可以使用差分方程或频域转换等数学方法来表示和实现。
步骤5、导出和发布：用户可以选择相应的格式将动画导出，如果需要将动画导出为VR或AR应用时，可使用相应的导出器生成适用于这些平台的文件格式，最后用户可以选择直接将动画上传到社交媒体平台；
本实施方式中，步骤5具体包括：
设置导出选项界面，允许用户选择不同的文件格式，包括视频格式(如MOV、MP4、GIF)和图像序列格式(如EXR、PNG)；
并且可以提供高级导出设置，包括分辨率、帧率、压缩参数和音频编码选项，以满足用户的需求。
如果需要，整合VR和AR导出器，以生成适用于虚拟现实和增强现实应用的文件格式，如VRML、WebXR或ARCore。
再通过API整合社交媒体平台，使用户能够直接分享其动画作品；
并且允许用户将其作品上传到在线艺术市场，如Behance、ArtStation或OpenSea，以展示、出售或许可使用。
运行原理，首先用户可上传图像或使用摄像头捕获图像，随后图像处理模块将接收到的图像进行解码，并将其准备用于后续处理，之后使用深度学习模型，如语义分割网络，对图像进行分割，将图像划分成不同的区域，每个区域代表一个图像元素，同时，特征提取模块会从这些区域提取关键特征，如颜色、纹理、形状等，最后颜色分析模块使用聚类算法将图像中的颜色分组，生成颜色调色板，颜色校正模块可以根据需要对颜色进行微调，以确保一致性，从而完成图像采集和处理，之后可通过界面选择要在动画中使用的图像元素，并使用时间轴编辑器排列它们，对于三维元素，用户可以使用集成的三维建模工具创建、编辑和动画化三维对象，而通过动画生成模块可将用户的选择和排列转化为动画序列，其中包括每个图像元素的动画效果，如位置、旋转和缩放，从而完成动画生成和编辑，之后用户可以从特效库中选择一个或多个特效效果，或使用节点编辑器自定义特效，并通过特效应用模块将选定的特效应用于动画序列中的每一帧，生成具有视觉艺术效果的动画，而通过实时预览窗口可显示动画的实时渲染，用户可以在此处微调特效参数，从而完成特效和渲染，再之后用户可以从音频库中选择音频片段，或者使用音频合成引擎生成音频，音频效果模块允许用户在音频轨道上添加音频效果，如均衡、混响和音量调整，用户可以使用音频编辑工具对音频进行剪辑和调整，以确保音频与动画内容同步，从而完成音频的合成和编辑，最后用户可以选择导出的文件格式和设置，如视频格式、分辨率、帧率等，并通过导出模块将最终的动画序列和音频合成为用户指定的文件格式，而如果需要，可以通过API将动画分享到社交媒体平台。
下面将结合本发明提出的一种用于视觉艺术的动画制作系统和方法，给出相关应用的实施例，并对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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一个数字艺术创作平台：
首先让用户能够上传照片或图像，然后使用系统的图像处理模块将其转化为艺术风格的元素，用户可以选择不同的艺术风格，如印象派、抽象艺术或流行文化，然后将这些元素排列成动画序列，系统还提供了各种特效选项，如光线效果、颜色滤镜和形状转换，以增强动画的视觉效果，最后，用户可以在导出模块中选择不同的文件格式，并直接分享其创作到社交媒体。
实施例二
一款虚拟现实(VR)艺术创作工具：
允许艺术家使用VR头戴设备创作动画艺术，用户可以在虚拟环境中绘制三维元素、导入模型或音频，并实时编辑和预览其作品，该工具支持手势识别和控制，允许用户以自然的方式进行交互，用户可以在工具中选择不同的视觉和音频特效，以增强其虚拟现实艺术作品。
实施例三
一个在线电子贺卡生成器：
允许用户创建个性化的节日贺卡，用户可以上传自己的照片或选择现有图像作为背景，然后使用图像处理模块添加特效、文字和动画元素，动画生成模块可以将这些元素组合成一个独特的电子贺卡，并用户可以选择不同的音频片段，如节日音乐或音效，以为贺卡增加音频效果，最后，用户可以将贺卡导出为可通过电子邮件或社交媒体分享的文件。
需要说明的是，本发明为一种用于视觉艺术的动画制作系统和方法，其模块以及相关算法均被本领域技术人员知晓，其原理都为本领域技术人员可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
Claims (10)
1.一种用于视觉艺术的动画制作系统，其特征在于，包括图像采集和处理模块、动画生成和编辑模块、特效和渲染模块以及声音设计和编辑模块；
所述图像采集和处理模块摄像头、扫描仪以及3D渲染引擎，所述图像采集和处理模块基于图像分割算法，所述图像分割算法能够自动识别关键元素以及执行高级图像分析；
所述动画生成和编辑模块包括骨骼动画、流体仿真、粒子系统以及碰撞检测功能，且支持蒙皮、路径动画以及布料模拟；
所述特效和渲染模块支持光线追踪、体积渲染和材质编辑，所述特效和渲染模块可以应用实时光照、环境光遮蔽、抗锯齿和全局光照效果；
所述声音设计和编辑模块允许用户添加、编辑和混合音频轨道，且支持均衡、降噪、混响和立体声声音定位。
2.根据权利要求1所述的一种用于视觉艺术的动画制作系统，其特征在于：所述图像采集和处理模块使用虚拟现实以及增强现实技术进行实时图像捕获和处理。
3.根据权利要求1所述的一种用于视觉艺术的动画制作系统，其特征在于：所述动画生成和编辑模块提供分布式计算支持。
4.根据权利要求1所述的一种用于视觉艺术的动画制作系统，其特征在于：所述特效和渲染模块中特效和渲染效果可以以图层方式堆叠。
5.根据权利要求1所述的一种用于视觉艺术的动画制作系统，其特征在于：所述声音设计和编辑模块集成有音频合成技术。
6.一种用于视觉艺术的动画制作方法，包括以下步骤：
步骤1、图像采集和处理：首先用户上传或输入原始图像，再使用图像分割算法将原始图像分割成不同的区域，再运用特征提取技术识别图像中的关键特征，最后进行颜色分析，提取图像中的颜色信息并生成调色板；
步骤2、动画生成和编辑：首先用户从分割后的图像元素中选择要在动画中使用的元素，然后在动画时间轴编辑器中排列图像元素的顺序和持续时间，随后使用物理建模合成创建三维对象并调整其属性；
步骤3、特效应用：用户从广泛的特效库中选择一个或多个视觉艺术效果，并使用节点编辑器，创建特效节点并定义其参数和控制方式；
步骤4、音频合成和编辑：用户使用声音合成器生成音频，再使用音频编辑工具进行音频剪辑和调整，使其与动画内容同步；
步骤5、导出和发布：用户可以选择相应的格式将动画导出，如果需要将动画导出为VR或AR应用时，可使用相应的导出器生成适用于这些平台的文件格式，最后用户可以选择直接将动画上传到社交媒体平台。
7.根据权利要求6所述的一种用于视觉艺术的动画制作方法，其特征在于：所述步骤1中图像分割算法可使用阈值分割，所述步骤1中特征提取技术可使用角点检测。
8.根据权利要求6所述的一种用于视觉艺术的动画制作方法，其特征在于：所述步骤2中用户可以设置动画路径、运动效果和变形动画。
9.根据权利要求6所述的一种用于视觉艺术的动画制作方法，其特征在于：所述步骤3中特效编辑器允许用户在实时预览中查看特效的应用效果，并进行参数微调，且特效可以堆叠并在不同的动画帧之间渐变。
10.根据权利要求6所述的一种用于视觉艺术的动画制作方法，其特征在于：所述步骤4中音频合成技术可以基于物理模型合成方法，用户可以在音频轨道上添加均衡、混响以及合唱。
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