CN1734504A - 一种三维物体造型方法和计算机动画和游戏角色制作方法 - Google Patents

一种三维物体造型方法和计算机动画和游戏角色制作方法 Download PDF

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CN1734504A CNA2004100536231A CN200410053623A CN1734504A CN 1734504 A CN1734504 A CN 1734504A CN A2004100536231 A CNA2004100536231 A CN A2004100536231A CN 200410053623 A CN200410053623 A CN 200410053623A CN 1734504 A CN1734504 A CN 1734504A
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汪有林
李仕
杨风雷
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Abstract

本发明涉及三维物体造型方法和动画、游戏角色制作方法,其采用轴映射模型来描述三维物体的造型,在该模型中,三维物体初始表面覆盖由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成的网格并且设立贯穿三维物体的轴线,由于在样条曲线关键点与轴线之间建立起固定的相对位置映射关系,因此当直接或间接改变轴线的空间位置和/或形状时,可根据相对位置映射关系确定关键点新的位置,进而根据关键点新的位置确定其所属样条曲线的形状和位置,最终获得轴线变化后三维物体的造型。本发明的方法充分利用了轴映射模型简洁方便的特点,因此可提高动画设计和游戏制作的直观性和简易性,允许对三维造型作重复的“尝试”和修改,并为模型数据的简化和有序性提供了方便。

Description

一种三维物体造型方法和计算机动画和游戏角色制作方法
技术领域
本发明涉及计算机图形处理方法,特别涉及一种快速、高效地对三维物体的动作和变形过程进行造型的方法以及利用该造型方法的计算机动画和游戏角色制作方法。
背景技术
在三维动画创作中,随着情节的发展,每个动画角色(比如一个人或动物)往往将发生一系列的动作或变形,为此需要对处于不同时刻的动画角色进行三维造型,该项工作在整个动画创作工作量中占有相当大的比例。
传统的三维造型方法是首先建立一个三维造型或造型组合(假设以a命名)来表示一个动画角色,然后对造型或造型组合a或a的一部分进行修改,从而形成一系列在外观上与a相似的三维造型(假设以b、c、d等命名),最后通过在不同的时间内用不同的造型a、b、c、d来刻画角色,从而随故事情节的发展为动画角色赋予不同的动作和变形。由于除外观相似外,表示一个动画角色不同动作和变形的一系列三维造型之间实质上没有内在联系,因此不容易做到动作和变形的自然和平滑;另外,采用孤立而无联系的多个造型来表示动画角色的变形和动作将占有大量计算机资源;最后,这种方法在操作上比较麻烦,无法使设计人员从大量简单机械的操作中脱离出来,专注于设计和创意。
近年来,国外开发的新技术(如骨骼技术和动作捕捉技术)为动画创作提供了新的实现途径。在骨骼技术中,计算机根据动画角色的结构和动力学特征定义由一系列简单几何模型构成的骨骼,然后将表示动画角色的三维造型(一般为网格造型)与骨骼相互对齐和绑定,通过外部动作捕捉技术使外部对象运动带动骨骼运动,再由骨骼带动三维造型一起运动,从而形成一系列的动作。骨骼技术能够很好地控制所对应三维造型的动作和模仿动画角色的动力学特征,并且不需要制作一系列的三维造型来模拟动画角色动作。另外,骨骼技术可以实现动作与三维造型的分离,从而为动作的重用提供可能。但是骨骼技术存在许多欠缺之处:首先,骨骼技术没有考虑动画角色的变形,而且用骨骼技术提供的机制来实现变形比较困难;其次,由于造型通常有大量交错纷杂的点构成,因此要将这些点按照要求与骨骼的相应部分一一对应不太容易,从而导致骨骼与三维造型(通常为网格)的对齐和绑定操作比较麻烦;还有,骨骼技术控制三维造型点的方式对造型的形状及其平滑性可能会产生很大的影响,比如人体作弯腰动作时,骨骼后部各部分的距离增大,从而造成三维造型后部的不平滑。动作捕捉技术以骨骼技术为基础,依赖于昂贵的硬件设备,因此成本比较高,而且外部动作捕捉限制了设计人员在造型时的自由度(比如对造型作艺术上的涂涂改改和随意绘制其想象中的各种造型),不利于设计人员发挥其创造性。
发明内容
本发明的目的是提供一种三维物体造型方法,其可以灵活、简捷地实现动态三维物体的造型,并且无需占用过多的计算机资源。
本发明的上述目的通过下列技术方案实现:
一种基于线映射方式的动态三维物体造型方法,包含以下步骤:
生成覆盖三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿三维物体的轴线,所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置;
建立所述关键点与轴线之间的相对位置映射关系;
当所述轴线的空间位置和/或形状发生变化时,根据所述相对位置映射关系确定所述关键点的位置;
根据所述关键点的位置确定其所属样条曲线的形状和位置从而完成轴线变化后三维物体的造型。
本发明的上述目的还通过下列技术方案实现:
一种基于体映射方式的动态三维物体造型方法,包含以下步骤:
生成覆盖三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿三维物体的轴线,所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置;
建立所述关键点与轴线之间的第一相对位置映射关系;
生成至少一个包含有所述关键点的几何体并建立所述轴线与几何体之间的第二相对位置映射关系;
当所述几何体的空间位置和/或形状发生变化时,根据所述第二相对位置映射关系确定所述轴线的空间位置和/或形状;
根据所述第一相对位置映射关系确定所述关键点的位置;
根据所述关键点的位置确定其所属样条曲线的形状和位置从而完成轴线变化后三维物体的造型。
本发明的目的是提供一种计算机动画和游戏角色的造型方法,其可以灵活、简捷地实现动画角色在动作和变形过程中的造型。
本发明的上述目的通过下列技术方案实现:
一种基于线映射方式的计算机动画和游戏角色制作方法,包含以下步骤:
将动画角色初始造型划分为若干三维物体;
生成覆盖每个三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿该三维物体的轴线,所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置;
建立每个三维物体内所述关键点与轴线之间的相对位置映射关系;
改变至少一个三维物体的轴线的空间位置和/或形状以获得一组处于不同状态的轴线;
根据轴线状态发生变化的三维物体的相对位置映射关系确定其关键点在每个状态下的位置;
对于轴线状态发生变化的三维物体,根据每个状态下所述关键点的位置确定其所属样条曲线在该状态下的形状和位置从而获得动画角色在动作和变形过程中的一组造型。
本发明的上述目的还通过下列技术方案实现:
一种基于体映射方式的计算机动画和游戏角色制作方法,包含以下步骤:
将动画角色初始造型划分为若干三维物体;
生成覆盖每个三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿该三维物体的轴线,所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置;
对于每个三维物体,建立所述关键点与轴线之间的第一相对位置映射关系;
对于每个三维物体,生成至少一个包含有所述关键点的几何体并建立所述轴线与几何体之间的第二相对位置映射关系;
改变至少一个三维物体的几何体的空间位置和/或形状以获得一组处于不同状态的几何体;
根据第二相对位置映射关系确定其轴线在每个状态下的空间位置和/或形状;
根据第一相对位置映射关系确定关键点在每个状态下的位置;
根据每个状态下所述关键点的位置确定其所属样条曲线在该状态下的形状和位置从而获得动画角色在动作和变形过程中的一组造型。
本发明的上述目的还通过下列技术方案实现:
一种基于线映射方式和体映射方式的计算机动画和游戏角色制作方法,包含以下步骤:
将动画角色初始造型划分为若干三维物体;
生成覆盖每个三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿该三维物体的轴线,所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置;
对于每个三维物体,建立所述关键点与轴线之间的第一相对位置映射关系;
对于至少一个三维物体,生成至少一个包含有所述关键点的几何体并建立所述轴线与几何体之间的第二相对位置映射关系;
改变三维物体的轴线或几何体的空间位置和/或形状以获得一组处于不同状态的轴线或几何体;
根据几何体状态发生变化的三维物体的第二相对位置映射关系确定其轴线在每个状态下的空间位置和/或形状;
根据第一相对位置映射关系确定关键点在每个状态下的位置;
根据每个状态下所述关键点的位置确定其所属样条曲线在该状态下的形状和位置从而获得动画角色在动作和变形过程中的一组造型。
比较好的是,在上述方法中,所述轴线平行于纬度方向或经度方向,并且每个关键点与其在轴线上的投影点的连线垂直于轴线。
比较好的是,在上述方法中,所述关键点为样条曲线的控制点、型值点或插值点中的至少一种。
本发明的上述三维造型方法和动画角色制作方法充分利用了轴映射模型简洁方便的特点,可以提高动画设计和游戏制作的直观性和简易性,大大降低了动画和游戏的制作成本。此外,基于轴映射模型的动作和变形技术允许对三维造型作重复的“尝试”和修改,符合艺术创作的特点。最后,轴映射模型所具有的独特的“映射”机制为模型数据的简化和有序性提供了方便,从而提高系统的性能。
附图说明
通过以下结合附图对本发明较佳实施例的描述,可以进一步理解本发明的目的、特征和优点,其中:
图1为轴映射模型原理示意图。
图2为按照本发明第一较佳实施例的三维造型方法的流程图。
图3a和3b为根据相对位置映射关系确定关键点的示意图。
图4为按照本发明第二较佳实施例的三维造型方法的流程图。
图5为按照本发明第三较佳实施例的计算机动画和游戏角色制作方法流程图。
图6为按照本发明第四较佳实施例的计算机动画和游戏角色制作方法流程图。
图7为按照本发明第五较佳实施例的计算机动画和游戏角色制作方法流程图。
具体实施方式
所谓轴映射模型,指的是具有下列性质的三维造型:
(1)三维造型表面被网格覆盖,该网格由若干沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,也就是说,沿经度方向的样条曲线所在平面垂直于沿纬度方向的样条曲线所在平面。
(2)由于在计算机图形处理领域内涉及的都是具有自由曲线或曲面的三维物体(如飞机机翼、汽车车身、人体外形、卡通形象),很难用数学公式表示,因此一般都通过少数分散点来生成曲线或曲面,以下将这些决定或控制曲线形状的分散点称为关键点。关键点一般包括用来确定曲线位置和形状但是相应曲线不一定经过的控制点、用来确定曲线位置和形状并且相应曲线一定经过的型值点以及在型值点之间插入的插值点。对于性质(1)中所述的样条曲线,其也属于自由曲线一类,因此形状和位置由关键点控制。
(3)三维造型被一条轴线贯穿其中,由下面将会看到,为简化操作,一般将轴线设定为平行或垂直于纬度方向。
(4)每个关键点与轴线之间具有固定的相对位置映射关系,即,不论轴线的空间位置和形状如何变化,每个关键点与轴线之间的相对位置映射关系都保持不变。以下将这种在点与线之间直接建立位置对应关系的方式称为线映射方式。
图1示出了轴映射模型的一个简单示例。如图1所示,覆盖三维造型表面的网格由纬度方向的样条曲线A1~A3和经度方向的样条曲线B1~B3交织而成,轴线X贯穿被网格包围的三维物体,在图1中,轴线X平行于经度方向。假设样条曲线A1上包含关键点a11和a12,样条曲线B1上包含关键点b11和b12。
根据上述性质(4),关键点与轴线之间具有固定不变的相对位置映射关系,为此,可以采用轴映射方式在关键点与轴线之间建立一定的对应关系。在图1所示情形中,每个关键点都正投影到轴线上,也即每个关键点与其在轴线上的投影点的连线垂直于轴线,以下将关键点在轴线上的投影点称为映射点。如图1所示,对于沿纬度方向的样条曲线A1上的关键点a11和a12,由于处于垂直于轴线X的同一平面内,因此它们投影到轴线X上的同一映射点;对于沿经度方向的样条曲线B1上的关键点b11和b12,由于处于垂直于轴线X的不同平面内,因此它们投影到轴线X上的不同映射点。当将每个关键点与其对应的映射点连接起来之后即可形成一个从映射点指向关键点的直线段,可以将其想像为一根绑定在轴线上的刚性直杆,当轴线发生平移、拉伸、旋转和弯曲等运动从而导致轴线上映射点在固定坐标系内的空间位置和取向发生相应的变化时,虽然该刚性直杆的空间位置和取向也发生变化,但是其长度不变并且相对于轴线的空间取向(也即相对于映射点处切线的角度)是固定的。
在传统的造型方法中,每个关键点的空间位置都采用固定不变的坐标系来定位,因此造型的运动受固定坐标系的直接控制。但是在本发明中,由于采用上述轴映射模型,关键点的空间位置可以借助轴线来定位,因此不管造型如何动作或变形,只要能够确定轴线上各点的位置即可由此定位关键点,这使得采用一条简单的轴线来控制整个造型的运动成为可能,从而大大简化了动作和变形造型操作的计算量,节省了计算资源并且提高了工作效率。
在图1中,轴线X垂直于纬度方向并且关键点垂直投影至轴线上,因此纬度方向的同一样条线上的关键点映射到轴线的同一位置上,由此可以将所有的关键点按照其在轴线上的映射位置进行分组,这方便了关键点的选取和定位。但是图1所示的轴映射方式仅是建立关键点与轴线之间相对位置映射关系的特例,实际上还可以采用其它的方式来建立关键点与轴线之间的对应关系,例如关键点并不一定要正投影至轴线上。
第一实施例
以下借助图2描述按照本发明第一较佳实施例的三维造型方法。在本实施例中,造型方法基于上述线映射方式。
如图2所示,在步骤21中,对初始状态的三维物体进行造型,生成覆盖该三维物体的网格,网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,样条曲线由关键点决定其形状和位置。接着在步骤22中,在三维坐标系内设立一条贯穿三维物体的轴线,如上所述,轴线方向一般平行于经度或纬度方向。随后,在步骤23中,按照上述正投影轴映射的方式建立关键点与轴线之间固定不变的相对位置映射关系,至此为初始状态下三维物体建立起了一个符合上述性质(1)~(4)的轴映射模型。
接着进入步骤24,根据需要直接改变轴线的空间位置和/或形状,例如使轴线发生平移、旋转、拉伸和弯曲等各种运动。对于平移运动,轴线上各点的相对位置不变,相对于三维坐标系的绝对位置呈线性变化,对于旋转运动,例如包括围绕轴线上某点的旋转和围绕轴线本身的旋转两种情形,此时虽然轴线上各点的相对位置不变,但是其在三维坐标系内的空间取向将发生改变,对于拉伸和弯曲运动,轴线上各点的相对位置和绝对位置一般都将发生各种非线性变化。
随后在步骤25中,根据关键点与轴线之间存在的固定相对位置映射关系,由映射点确定关键点的位置。图3a和3b为根据映射关系确定关键点的示意图,其中图3a示出的是初始状态下的情形,图3b为轴线X发生弯曲、拉伸和平移后的情形,为简单起见,假设弯曲、拉伸和平移等运动都在纸平面内发生。如图3a所示,在初始状态下关键点a被正投影至轴线X上的映射点a′,矢量
Figure A20041005362300111
自点a′指向点a并且垂直于轴线X。如图3b所示,轴线X经过上述运动后,空间位置和形状皆发生了改变,此时映射点a′和矢量
Figure A20041005362300121
也随之一起运动至新的位置。由于关键点a与轴线X的相对位置映射关系不变(这里也即矢量
Figure A20041005362300122
始终垂直于轴线X上点a′处的切线Q),因此很容易根据矢量 确定关键点a新的位置。
最后,进入步骤26,根据关键点新的位置确定其所属样条曲线的形状和位置,当经度和纬度方向上所有的样条曲线按照此方式绘制完成之后,即生成一个由初始状态变化而来的新的三维造型。如果重复上述步骤24~26,则将得到一系列新的三维造型。
第二实施例
在上述第一实施例基于线映射的三维造型方法中,由于是通过操纵轴线来获得新的造型,因此仅适于造型动作和变形幅度不大的情形,对于充分变形的情形,该方法获得的造型效果较差。为此,在本实施例中,提出一种在轴映射模型的基础上,通过体映射的方式进行三维物体造型的方法。
在体映射方式中,轴映射模型仍然具有上述性质(1)~(4),并且利用关键点与轴线之间的相对位置映射关系来构造轴线变化后造型的方法也仍然相同。但是体映射方式还建立一个或多个包围有关键点的几何体并在几何体与轴线之间建立起固定的相对位置映射关系,因此当需要改变轴线空间位置和/或形状时,不再对轴线直接进行平移、旋转、拉伸和变形等操作,而是通过改变几何体空间位置和/或形状来间接实现轴线空间位置和/或形状的变化。与线映射方式相比,由于体映射方式可以使轴线发生更为复杂的变化,因此动作和变形过程中的造型效果可以做得更加细腻和丰富。
如图4所示,在步骤41中,对初始状态的三维物体进行造型,生成覆盖该三维物体的网格,网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,样条曲线由关键点决定其形状和位置。接着在步骤42中,在三维坐标系内设立一条贯穿三维物体的轴线,如上所述,轴线方向一般平行于经度或纬度方向。接着在步骤43中,按照上述正投影轴映射的方式建立关键点与轴线之间固定不变的相对位置映射关系(为与下面将要述及的几何体与轴线之间的映射关系区别开来,以下将关键点与轴线之间的映射关系称为第二相对位置映射关系),至此为初始状态下三维物体建立起了一个符合上述性质(1)~(4)的轴映射模型。
随后,在步骤44中,在三维坐标系内设立一个或多个包含有关键点的几何体,该几何体例如可以是具有诸如长方体、球、锥体之类简单形状的几何体。
接着在步骤45中,建立几何体与轴线之间固定不变的第二相对位置映射关系,这里的第二相对位置映射关系类似于第一相对位置映射关系,可以理解为将轴线上的点与几何体内特定点对应起来,以下将这些几何体内特定点称为映射点。同样,当将轴线上的点与其对应的映射点连接起来之后即可形成一个从映射点指向轴线上的点的直线段,可以将其想像为一根嵌在几何体内的刚性直杆,当几何体发生运动从而导致映射点在固定坐标系内的空间位置和取向发生相应的变化时,该刚性直杆的空间位置和取向也发生相应的变化,但是轴线上的点与映射点之间的相对映射关系保持不变。当设立有多个几何体时,每个几何体与轴线上的不同区域相对应,因此轴线上的不同区域随对应的几何体作相应的变化。
接着进入步骤46,根据需要改变几何体的空间位置和/或形状,由于几何体的变化方式更加丰富,因此使轴线呈现更加复杂的变化,从而可以满足造型充分变形的需要。
随后在步骤47中,根据前述第二相对位置映射关系,由几何体内的映射点确定轴线上相应点的位置。
接着,在步骤48中,按照第一实施例所述的方式,根据第一相对位置映射关系,由轴线上的映射点确定关键点的位置。
最后,进入步骤49,根据关键点新的位置确定其所属样条曲线的形状和位置,当经度和纬度方向上所有的样条曲线按照此方式绘制完成之后,即生成一个由初始状态变化而来的新的三维造型。如果重复上述步骤46~49,则将得到一系列新的三维造型。
值得指出的是,在第二实施例中,可以把被几何体包围的所有关键点通过轴线映射或绑定至几何体,但是也可以有选择的使部分关键点与映射体绑定,这主要取决于实际三维物体的特点而不会对本发明方法的应用有任何实质性的影响。
本发明的上述造型方法可以广泛应用于各种场合,例如计算机动画和游戏制作、广告和影视制作等各种领域,以下描述将本发明上述方法应用于计算机动画和游戏角色制作过程的较佳实施例。
第三实施例
在本实施例中,假设造型对象为一个三维人体,需要制作的是该对象在某一场景下一系列的造型,并且动作和变形幅度都不大,因此为降低制作成本,可采用上述第一实施例的基于线映射方式的造型方法。
如图5所示,在步骤51中,首先将该三维人体划分为头、前臂、后臂、手、脚、大腿、小腿和躯干等基本单元。
在步骤52中,对于每个基本单元的造型,生成由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成的网络来覆盖每个基本单元的初始表面,并且设立一条贯穿该基本单元的轴线。随后,在步骤53中,建立每个基本单元内关键点与轴线之间的相对位置映射关系。在完成步骤52和53之后,即为每个基本单元的造型建立起了相应的轴映射模型,而这些轴映射模型由于相互之间具有一定的关联度,因此构成一个复合轴映射模型。
接着,在步骤54中,根据动画制作的需要来改变基本单元的轴线的空间位置和/或形状。例如在表现人体行走状态过程中的造型时,可使头和躯干单元的轴线运动以平移为主,前臂、后臂、大腿和小腿单元的轴线不仅发生平移运动,而且还围绕关节点转动。又如在表现静止状态下人说话的造型时,可改变头单元的轴线来实现面部一定的变形,而其它单元的轴线可基本保持不动。由于上述各基本单元是连接在一起的整体,因此各基本单元轴映射模型的轴线并非完全独立,它们之间的相对运动由一定的约束条件限定。
随后,在步骤55中,对于轴线发生变化的基本单元,根据关键点与轴线的相对位置映射关系确定其关键点新的位置。接着,在步骤56中,再根据上述步骤55确定的关键点新的位置确定所属样条曲线的形状和位置,由此获得对象的一个新造型。
在步骤57中,判断该对象在该场景下的造型是否都已经完成制作,如果完成,则结束造型操作,否则返回步骤54,继续制作该对象的另一个造型。
第四实施例
在本实施例中,假设造型对象为人体的手臂,需要制作的是曲臂过程中手臂的一系列造型,由于动作和变形幅度较大,因此为达到较好的效果,可采用上述第二实施例的基于线映射方式的造型方法。
如图6所示,在步骤61中,首先将该手臂划分为前臂和后臂等基本单元。
在步骤62中,对于每个基本单元的造型,生成由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成的网络来覆盖每个基本单元的初始表面,并且设立一条贯穿该基本单元的轴线。随后,在步骤63中,建立每个基本单元内关键点与轴线之间的第一相对位置映射关系。在完成步骤62和63之后,即为每个基本单元的造型建立起了相应的轴映射模型,这些轴映射模型构成一个复合轴映射模型。
与第三实施例不同的是,在步骤64a中,对于每个基本单元,还生成几何体,几何体的形状一般比较简单,例如在这里是圆柱体,它们分别将前臂和后臂包含在内。接着,在步骤64b中,如前所述,可以为每个基本单元建立轴线与几何体之间的第二相对位置映射关系。
随后,在步骤65中,根据动画制作的需要来改变基本单元的几何体的空间位置和/或形状。例如在表现曲臂过程的造型时,一方面使两个圆柱体围绕某个点转动,另一方面使圆柱体变形,由此改变基本单元的轴线形状和位置,从而模拟出人体曲臂动作时的手臂造型。
随后,在步骤66中,根据步骤64b建立的第二相对位置映射关系确定几何体状态变化后轴线的空间位置和/或形状。接着,在步骤67中,根据步骤63建立关键点与轴线的第一相对位置映射关系确定关键点新的位置。接着,在步骤68中,再根据上述步骤67确定的关键点新的位置确定所属样条曲线的形状和位置,由此获得对象的一个新造型。
在步骤69中,判断对象在该场景下的造型是否都已经完成制作,如果完成,则结束造型操作,否则返回步骤65,继续制作该对象的另一个造型。
第五实施例
在本实施例中,假设造型对象为三维人体,需要制作的是该对象在某一场景下一系列的造型,并且有的部分动作和变形幅度较大而其它部分较小,因此可混合采用基于线映射方式和体映射的造型方法。
如图7所示,在步骤71中,首先将该三维人体划分为头、前臂、后臂、手、脚、大腿、小腿和躯干等基本单元。
在步骤72中,对于每个基本单元的造型,生成由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成的网络来覆盖每个基本单元的初始表面,并且设立一条贯穿该基本单元的轴线。随后,在步骤73中,建立每个基本单元内关键点与轴线之间的第一相对位置映射关系。在完成步骤72和73之后,即为每个基本单元的造型建立起了相应的轴映射模型,这些轴映射模型构成一个复合轴映射模型。
与第四实施例不同的是,在步骤74a中,仅对于部分基本单元生成几何体,例如假设在场景中除手臂以外身体其它部分的动作和变形较小,则可仅生成分别将前臂和后臂包含在内的两个圆柱体。接着,在步骤74b中,如前所述,可以为前臂和后臂单元建立轴线与几何体之间的第二相对位置映射关系。
随后,在步骤75中,根据动画制作的需要来改变基本单元的轴线或几何体的空间位置和/或形状。例如在表现站立的人体曲臂过程的造型时,一方面,可以使两个圆柱体围绕某个点转动并使圆柱体变形,另一方面,可以改变其它单元的轴线,从而模拟出站立的人体曲臂动作时的造型。
随后,在步骤76中,对于被圆柱体包围的前臂和后臂单元,根据步骤74b建立的第二相对位置映射关系确定几何体状态变化后轴线的空间位置和/或形状。接着,在步骤77中,根据步骤73建立关键点与轴线的第一相对位置映射关系确定所有单元的关键点新的位置。接着,在步骤78中,再根据上述步骤77确定的关键点新的位置确定所属样条曲线的形状和位置,由此获得对象的一个新造型。
在步骤79中,判断对象在该场景下的造型是否都已经完成制作,如果完成,则结束造型操作,否则返回步骤75,继续制作该对象的另一个造型。
值得指出的是,本发明上述各种方法既可以在通用计算机系统上实现,也可以在专用的计算机图像处理装置中实现,其具体的实现方式对本发明的精神和保护范围没有实质性的影响。

Claims (9)

1、一种基于线映射方式的动态三维物体造型方法,其特征在于,包含以下步骤:
生成覆盖三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿三维物体的轴线,所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置;
建立所述关键点与轴线之间的相对位置映射关系;
当所述轴线的空间位置和/或形状发生变化时,根据所述相对位置映射关系确定所述关键点的位置;
根据所述关键点的位置确定其所属样条曲线的形状和位置从而完成轴线变化后三维物体的造型。
2、一种基于体映射方式的动态三维物体造型方法,其特征在于,包含以下步骤:
生成覆盖三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿三维物体的轴线,所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置;
建立所述关键点与轴线之间的第一相对位置映射关系;
生成至少一个包含有所述关键点的几何体并建立所述轴线与几何体之间的第二相对位置映射关系;
当所述几何体的空间位置和/或形状发生变化时,根据所述第二相对位置映射关系确定所述轴线的空间位置和/或形状;
根据所述第一相对位置映射关系确定所述关键点的位置;
根据所述关键点的位置确定其所属样条曲线的形状和位置从而完成轴线变化后三维物体的造型。
3、如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述轴线平行于纬度方向或经度方向,并且每个关键点与其在轴线上的投影点的连线垂直于轴线。
4、如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述关键点为样条曲线的控制点、型值点或插值点中的至少一种。
5、一种基于线映射方式的计算机动画和游戏角色制作方法,其特征在于,包含以下步骤:
将动画角色初始造型划分为若干三维物体;
生成覆盖每个三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿该三维物体的轴线,所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置;
建立每个三维物体内所述关键点与轴线之间的相对位置映射关系;
改变至少一个三维物体的轴线的空间位置和/或形状以获得一组处于不同状态的轴线;
根据轴线状态发生变化的三维物体的相对位置映射关系确定其关键点在每个状态下的位置;
对于轴线状态发生变化的三维物体,根据每个状态下所述关键点的位置确定其所属样条曲线在该状态下的形状和位置从而获得动画角色在动作和变形过程中的一组造型。
6、一种基于体映射方式的计算机动画和游戏角色制作方法,其特征在于,包含以下步骤:
将动画角色初始造型划分为若干三维物体;
生成覆盖每个三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿该三维物体的轴线,所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置;
对于每个三维物体,建立所述关键点与轴线之间的第一相对位置映射关系;
对于每个三维物体,生成至少一个包含有所述关键点的几何体并建立所述轴线与几何体之间的第二相对位置映射关系;
改变至少一个三维物体的几何体的空间位置和/或形状以获得一组处于不同状态的几何体;
根据几何体状态发生变化的三维物体的第二相对位置映射关系确定其轴线在每个状态下的空间位置和/或形状;
根据第一相对位置映射关系确定关键点在每个状态下的位置;
根据每个状态下所述关键点的位置确定其所属样条曲线在该状态下的形状和位置从而获得动画角色在动作和变形过程中的一组造型。
7、一种基于线映射方式和体映射方式的计算机动画和游戏角色制作方法,其特征在于,包含以下步骤:
将动画角色初始造型划分为若干三维物体;
生成覆盖每个三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿该三维物体的轴线,所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成,每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置;
对于每个三维物体,建立所述关键点与轴线之间的第一相对位置映射关系;
对于至少一个三维物体,生成至少一个包含有所述关键点的几何体并建立所述轴线与几何体之间的第二相对位置映射关系;
改变三维物体的轴线或几何体的空间位置和/或形状以获得一组处于不同状态的轴线或几何体;
根据几何体状态发生变化的三维物体的第二相对位置映射关系确定其轴线在每个状态下的空间位置和/或形状;
根据第一相对位置映射关系确定关键点在每个状态下的位置;
根据每个状态下所述关键点的位置确定其所属样条曲线在该状态下的形状和位置从而获得动画角色在动作和变形过程中的一组造型。
8、如权利要求5~7中任意一项所述的方法,其特征在于,所述轴线平行于纬度方向或经度方向,并且每个关键点与其在轴线上的投影点的连线垂直于轴线。
9、如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述关键点为样条曲线的控制点、型值点或插值点中的至少一种。
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