KR100389796B1 - 애니메이션 데이타 작성 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

애니메이션 데이타 작성 장치는 복수의 프레임의 애니메이션의 동작의 주 변화를 갖고 3-차원 공간에서의 애니메이션의 구성 요소를 레이아웃함으로써 얻어지는 키 프레임의 화상을 형성하기 위해 키 프레임 데이타를 관리하기 위한 키 프레임 관리 유니트; 및 키 프레임 관리 유니트로부터 얻어진 키 프레임 데이타를 사용하여 2개의 키 프레임 사이에서 요구되는 프레임의 화상 데이타를, 구성 요소 당 보간에 의해 형성하기 위한 데이타 보간 유니트를 포함한다. 데이타 보간 유니트는 회전 각 계산기 수단을 포함하는데, 구성 요소의 보간 프로세스가 한 축 주위의 회전에 관련되는 경우, 구성 요소가 보간에 의해서 얻어지도록 관련 프레임의 이전 및 다음의 키 프레임 사이의 임의의 축 주위에서 회전된다고 간주되는 동안 보간에 대한 프레임의 회전 각이 계산된다. 데이타 보간 유니트는 얻어진 회전 각에 기초하여 회전 매트릭스를 계산하기 위한 수단을 더 포함한다. 본 발명의 장치는 키 프레임 사이의 보간으로 애니메이션 데이타의 작성시에 자연스런 회전 동작을 하는 만족할 만한 애니메이션을 실현시키는 것이 가능하다.

Description

애니메이션 데이타 작성 방법 및 장치
본 발명은 애니메이션 데이타의 작성 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 회전 애니메이션 데이타의 작성에 관한 것이다.
애니메이션을 소위 수작업으로 작성하는 경우에는, 먼저 원하는 애니메이션의 동작의 처음부터 끝까지 자연스럽게 하기 위해 필요한 프레임의 수를 결정하고, 그 다음 전체적으로 필요한 프레임의 개개의 화상을 작성하는 단계를 실행하는 것이 일반적이다. 그러나, 결정된 전체 프레임의 화상의 개수를 결정하는데는 상당한 시간 및 노력이 필요하다.
한편, 컴퓨터 그래픽 기술을 채택하여 애니메이션을 작성하는 방법이 현재 확산되고 있다. 이 방법은 특히 3차원 애니메이션의 작성에 현저한 효과가 있다.
이러한 컴퓨터 그래픽의 채택에 의해 애니메이션 데이타를 작성하는 방법들 중 한 방법으로서 키 프레임 보간(key frame interpolation)법이 공지되어 있다. 이 방법에 따르면, 제5도에 실선 사각형으로 도시된 바와 같이, 사용자는 원하는 애니메이션의 주요한 변화점의 화상을 키 프레임으로 하여, 이러한 키 프레임의 화상만을 작성한다.
일반적으로, 키 프레임은 오퍼레이터가 애니메이션 각각의 구성 요소(이하, 오브젝트라 함)의 화상을 3차원 공간에 레이아웃하여 작성한다. 이러한 오브젝트의화상 데이타는 미리 모델 데이타로서 메모리 등에 제공되고, 오퍼레이터에 의해 메모리 등으로부터 판독되어 활용된다. 모델 데이타는 2차원 또는 3차원으로 표현될 수 있다.
제5도에서, 점선의 사각으로 표시된 키 프레임들 사이의 프레임 (이하, 보간 프레임으로 부름)은, 보간 프레임을 끼우기 전후의 키 프레임의 오브젝트들 사이의 상관을 이용하여 보간 프로세스를 통해 자동적으로 형성된다. 특히, 보간 프레임 전후의 선행 및 후행 키 프레임에 포함된 오브젝트가 변위되거나 회전될 때, 2개의 키 프레임 사이의 보간 프레임의 오브젝트의 변위된 위치 또는 회전 변화가 선행 및 후행 키 프레임에 포함된 오브젝트의 데이타로부터 보간 프로세스를 통해 계산된다. 이 보간 프로세스는 각각의 오브젝트마다 실행된다.
그러므로, 3차원 공간에서 연속 동작의 애니메이션 데이타를 작성할 수 있다. 따라서, 상술한 컴퓨터 그래픽 기술에 기초한 애니메이션 데이타 작성 장치에서는, 일련의 애니메이션 데이타가 단순히 키 프레임의 화상 데이타만을 다룸으로써 상당히 향상된 기능으로 작성될 수 있다.
2개의 키 프레임 사이의 오브젝트의 임의의 변화가 2차원 및 3차원 오브젝트가 3차원 공간 내에서 축을 중심으로 회전하는 애니메이션을 작성하는 방법에 있어서, 보간 프레임의 오브젝트에 대한 보간 프로세스에 관한 다음의 관련 기술이 공지되어 있다.
일반적으로, 3차원 공간에서의 오브젝트를 회전시키는 것은 3차원 공간을 나타내는 3개의 좌표 축인 X축, Y축 및 Z축 주위의 회전각 성분으로의 분해를 통해표시된다. 즉, 회전은 분해를 통해 X축 주위의 각도 성분, Y축 주위의 각도 성분 및 Z축 주위의 각도 성분으로의 분해를 통해 표시된다. 소정의 사용 목적에 따라 극 좌표에 의해 회전을 표시하는 경우도 있지만, 관련 기술에서는 희귀한 경우이다.
지금까지 공지된 관련 기술의 애니메이션 데이타 작성 장치에서는, 보간 프레임에서의 각 오브젝트의 보간 데이타를 X축, Y축 및 Z축을 중심으로한 회전 각도 성분을 각각 독립적으로 보간한 다음에 이러한 성분을 합성하여 얻어진다.
그러나, 관련 기술의 애니메이션 작성 장치에서의 회전 애니메이션 데이타 작성 방법에 따르면 X축, Y축 및 Z축 주위의 각 회전 각도 성분을, 각각 독립적으로 보간하기 때문에, 계산을 간단히 할 수 있는 장점은 있지만 회전이 애니메이터가 의도한 것과 상이해져 부자연스럽게 회전한다.
오브젝트의 회전을, X축, Y축 및 Z축 주위의 회전 성분을, 예를 들어 독립 및 선형 성분으로서 처리하면서 보간되는 것으로부터 상기 단점이 유도된다.
특히, 보간 프레임과 상기 보간 프레임 전후의 2개의 키 프레임의 위치에 따라, 그 보간 프레임에서의 회전 각도(2개의 키 프레임 사이의 중간 위치에서의 회전 각도)가 결정된다. 회전 각도가 X축, Y축 및 Z축 주위에서 서로 독립적으로 결정되면, 각각의 보간 프레임에서의 회전은 오브젝트의 회전 축이 개개의 보간 프레임마다 서로 다르게 된다. X축, Y축 및 Z축 사이의 상관이 존재하지 않기 때문에, 각 축 주위에서의 선형 회전의 경우에도, 3개의 축 주위의 상호 독립적인 회전 성분을 합성함으로써 얻어지는 각각의 보간 프레임에서의 회전이 각 프레임에서 또한별개로 된다.
예를 들어, 오브젝트 OB가 제6의 (a)도 내지 제6의 (c)도에 도시된 바와 같은 지구의 화상이고, 제1 키 프레임 F1에서의 지구 OB의 화상이 제6의 (a)도의 상태에서 회전되어 제2 키 프레임 F2의 제6의 (b)도의 화상으로 된다고 가정하자. 이 경우에, 회전 축이 상기 기술된 바와 같이 변화되면서 회전이 행해지기 때문에, 제1 키 프레임 F1과 제2 키 프레임 F2 사이의 보간 프레임이 관련 기술의 애니메이션 데이타 작성 방법에 의해 형성되는 경우에, 결과 애니메이션은 회전 궤적이 제6의 (c)도의 실선 화살표 ARc로 표시된다.
이 회전은 제6의 (c)도의 점선 화살표 ARo로 표시된 바와 같은 제1 키 프레임 F1과 제2 키 프레임 F2와의 사이에서 1개의 축 주위를 자연스럽게 회전하는 동작과 달라 자연스럽지 못하다.
상기의 관점에서, 본 발명의 목적은, 키 프레임 보간법에 의한 애니메이션 데이타의 작성에 의해 회전 보간을 행하는 경우에도, 자연스런 회전 애니메이션을 실현할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 복수의 프레임으로 이루어진 애니메이션 데이타의 작성 방법이 제공된다. 이 방법은 선택된 시간축 상에 애니메이션의 구성 요소(component element)를 배치함으로써 복수의 키 프레임을 세트하는 단계; 상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 상기 구성 요소의 동작에 대응하는 한 회전 축을 얻는 단계; 및 상기 회전 축을 중심으로한 회전으로서 동작을 처리하면서, 상기 구성 요소의 동작을 보간함으로써 보간 프레임을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 복수의 프레임으로 이루어진 애니메이션 데이타 작성 장치가 제공된다. 상기 장치는 선택된 시간축 상에 애니메이션의 구성 요소를 배치함으로써 복수의 키 프레임을 세트하기 위한 수단; 상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 상기 구성 요소의 동작에 대응하는 한 회전 축을 얻기 위한 수단; 및상기 회전 축을 중심으로 한 회전으로서 동작을 처리하면서, 상기 구성 요소의 동작을 보간함으로써 보간 프레임을 형성하기 위한 수단 을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 애니메이션의 구성 요소가 선택된 시간 축 상에 배치되는 복수의 키 프레임의 데이타를 저장하기 위한 수단; 상기 프레임들중 2개의 키 프레임 사이의 구성 요소의 동작에 대응하는 하나의 회전축을 얻기 위한 수단; 상기 회전축을 중심으로 상기 구성 요소를 회전시킴으로써 상기 2개의 키 프레임 사이의 보간 프레임을 얻기 위한 수단; 및 얻어진 상기 보간 프레임을 출력하기 위한 수단을 포함하는 애니메이션 데이타 작성 장치가 제공된다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 화상 데이타 작성 방법 및 장치에서는, 구성 요소의 회전중에 보간을 행하는 경우, 2개의 키 프레임 사이의 임의의 축을 중심으로 하는 구성 요소의 회전시의 회전 각도가 먼저 계산된다. 보간되리 프레임의 회전 각도는 이러한 회전 각에 기초하여 계산된다. 또한, 보간 프레임의 회전 각도는 3차원 공간의 X, Y, Z축을 중심으로 한 각도 성분으로 분해되고, 이러한 각각의 3개의 축에 대하여 보간 프로세스가 실행된다.
보간 프레임의 회전 각도가 1개의 임의의 축에 대한 각도이기 때문에, 자연스런 회전으로 만족한 애니메이션을 작성할 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 설명으로부터 명백하다.
이하, 애니메이션 데이타를 작성하기 위한 본 발명의 방법 및 장치를 첨부된 도면에 도시된 양호한 실시예를 참조하여 기술하겠다. 제1도는 본 발명의 애니메이션 데이타 작성 장치를 도시한 실시예의 블럭도이다.
제1도에 도시된 바와 같이, 애니메이션 데이타 작성 장치는 입력 유니트(1), 오브젝트 관리 유니트(2), 키 프레임 관리 유니트(3), 레이아웃 관리 유니트(4), 화상 디스플레이 유니트(5), 데이타 보간 유니트(6), 및 데이타 메모리 유니트(7)을 포함하고 있다.
입력 유니트(1)은 키보드, 마우스 등이 장착되어 있고 오퍼레이터로부터 여러가지 입력을 수신한다. 입력 유니트(1)은 오퍼레이터로부터의 입력에 대응하는 문자 정보 또는 명령 정보와 같은 이벤트 정보를 오브젝트 관리 유니트(2), 키 프레임 관리 유니트(3) 및 레이아웃 관리 유니트(4)에 공급한다. 예를 들어, 프로세싱 모드를 선택적으로 변화시키는 명령, 키 프레임 데이타를 작성하는 정보, 또는 일련의 애니메이션 데이타를 작성시키는 명령이 입력 유니트(1)로부터 관련 유니트로 공급된다.
오브젝트 관리 유니트(2), 키 프레임 관리 유니트(3) 및 레이아웃 관리 유니트(4) 각각은 데이타를 저장하는 메모리를 갖고 있고 일련의 애니메이션 데이타를 작성하는데 필요한 데이타를 관리한다.
오브젝트 관리 유니트(2)는 그 메모리 내에 예를 들어 비행기, 헬리콥터 또는 차량의 화상을 형성하는 모델 데이타와 같은, 작성될 원하는 애니메이션의 구성 요소인 오브젝트를 저장하고 관리한다.
원하는 애니메이션을 생성하기 전에, 모델 데이타가 입력 유니트(1) 및 도시되지 않은 스캐너(화상 판독기)를 통해 오브젝트 관리 유니트(2)에 공급되는데, 여기에서 개개의 오브젝트를 식별하는 오브젝트 ID가 모델 데이타에 부가되고, 거기에서 관리된다.
키 프레임 관리 유니트(3)은 상술한 바와 같이 오퍼레이터로부터의 명령에 응답하여, 모델 데이타를 3차원 공간에 레이아웃함으로써 형성되는 키 프레임 화상을 구성하는 키 프레임 데이타를 관리한다.
본 실시예에서, 키 프레임 데이타는 입력 유니트(1)를 통해 오퍼레이터에 의해 선택적으로 지정되는 오브젝트에 관한 오브젝트 ID, 오브젝트가 배치되는 프레임의 좌표 위치, 오브젝트의 (축소 또는 확대된) 크기, 및 오브젝트의 회전 각도를 포함하는 여러가지 정보로 이루어진다.
키 프레임 관리 유니트(3)은 각각의 키 프레임에 프레임번호를 부가하여 일련의 애니메이션의 개시부터 카운트되는 서수를 표시하고, 개개의 키 프레임의 데이타를 관리한다. 다시 말하면, 키 프레임 관리 유니트(3)은 일련의 애니메이션의 개시 위치로부터의 관련 시간을 이용하여, 키 프레임을 포함하는 일련의 애니메이션을 구성하는 전체 프레임의 위치를 관리한다.
레이아웃 관리 유니트(4)는, 키 프레임 데이타 작성시에, 작성되는 키 프레임의 화상을 디스플레이하는 화상 디스플레이 신호를 형성하고, 그 다음 이 신호를화상 디스플레이 유니트(5)에 공급한다. 또한, 후술되는 바와 같이, 레이아웃 관리 유니트(4)는 키 프레임에 기초하여 작성된 보간 프레임을 포함하는 일련의 애니메이션을 디스플레이하는 화상 디스플레이 신호를 형성하고, 이 신호를 화상 디스플레이 유니트(5)에 공급한다.
화상 디스플레이 유니트(5)는 음극선관 또는 액정 디스플레이 디바이스로 이루어지고, 레이아웃 관리 유니트(4)로부터 얻어지는 화상 디스플레이 신호에 따라 일련의 키 프레임의 화상을 디스플레이한다.
예를 들어, 키 프레임 데이타의 작성시에, 오브젝트 관리 유니트(2), 키 프레임 관리 유니트(3) 및 화상 디스플레이 유니트(5)는 제3도에 도시된 바와 같이 동작된다.
오퍼레이터가 키 프레임 데이타를 작성하기 위해, 입력 유니트(1)을 통해 키 프레임 입력 모드를 선택할 때(SP1), 각각의 유니트는 이러한 선택에 응답하여 키 프레임의 작성을 위한 정보를 입력하기 위해 대기 준비가 되어 있다. 또한, 오퍼레이터에 의해 입력 유니트(1)을 통해 소망의 키 프레임의 번호 세팅시(SP2), 이 프레임 번호가 키 프레임 관리 유니트(3)에 공급된다.
이어서, 오퍼레이터는 관련 키 프레임 상에 디스플레이될 오브젝트를 선택하고(SP3), 오브젝트가 배치되는 프레임의 좌표 위치, 오브젝트의 크기 및 그 회전각도 등과 같은 필요한 데이타를 입력 유니트(1)에 공급한다 (SP4).
이렇게 입력된 데이타는 레이아웃 관리 유니트(4)에 연속으로 공급된다. 그 다음, 레이아웃 관리 유니트(4)는 공급된 데이타에 기초하여 오브젝트 관리유니트(2)로부터 선택된 오브젝트의 모델 데이타를 획득하고, 오브젝트가 프레임 상에 배치되는 화상을 디스플레이하기 위한 화상 디스플레이 신호를 형성한다.
이와 동시에, 레이아웃 관리 유니트(4)는 입력 유니트(1)를 통해 관련 프레임의 번호를 나타내는 데이타를 수신한 다음, 프레임의 화상과 함께 프레임 번호를 디스플레이하기 위한 화상 디스플레이 신호를 형성한다.
이렇게 형성된 화상 디스플레이 신호는 화상 디스플레이 유니트(5)에 공급되고, 키 프레임의 화상은 화상 디스플레이 유니트(5)의 스크린 상에 디스플레이된다 (SP5). 그 다음, 오퍼레이터가 디스플레이 유니트(5)의 스크린 상에 디스플레이된 화상을 보면서 오브젝트의 위치, 크기 및 회전 각도를 조정한다.
관련 키 프레임에 디스플레이될 전체 오브젝트에 관한 입력 세팅의 완료시, 오퍼레이터는 화상 디스플레이 유니트(5) 상에 디스플레이된 화상이 만족스러운지를 확인한 다음, 입력 유니트(1)의 키보드 상의 결정 키를 누르거나, 마우스를 클릭하여 작성된 키 프레임 데이타를 결정함으로써(SP6), 키 프레임 관리 유니트(3)에 키 프레임 데이타를 등록한다 (SP7).
이 방식으로, 오퍼레이터는 화상 디스플레이 유니트(5) 상에 디스플레이되는 화상을 보면서 원하는 애니메이션을 작성하는데 필요한 전체 키 프레임 데이타를 작성한다.
소망의 일련의 애니메이션 데이타에 필요한 전체 키 프레임 데이타의 작성 종료 및 키 프레임 관리 유니트(3)에 이러한 키 프레임 데이타를 완전하게 등록한 후, 오퍼레이터는 애니메이션 데이타 작성 모드를 선택하여(SP8) 소망의 일련의 애니메이션 데이타를 작성한다. 데이타 보간 유니트(6)에서 상기 애니메이션 데이타 작성이 행해진다.
오브젝트 관리 유니트(2) 및 키 프레임 관리 유니트(3)로부터의 정보에 응답하여, 데이타 보간 유니트(6)은 키 프레임의 화상 데이타에 기초하여 보간 프레임의 화상 데이타를 작성함으로써, 소망의 일련의 애니메이션 데이타를 작성한다.
특히, 애니메이션 데이타 작성 모드의 선택시에, 키 프레임 관리 유니트(3)은 입력 유니트(1)로부터 얻어진 모드 선택 정보에 응답하여 데이타 보간 유니트(6)에 키 프레임 데이타를 공급한 다음, 오브젝트 관리 유니트(2)에, 키 프레임 데이타에 의해 지정된 오브젝트에 관련한 오브젝트 ID를 통지한다. 이어서, 오브젝트 관리 유니트(2)는 대응하는 모델 데이타를 판독하고 이것을 데이타 보간 유니트(6)에 공급하는데, 또한 거기에는 보간 프레임 수가 키 프레임 관리 유니트(3)으로부터의 프레임 위치 정보로서 제공된다.
그 후, 데이타 보간 유니트(6)은 보간 프레임 번호로부터 보간 프레임의 전후의 2개의 키 프레임을 검출하고, 2개의 키 프레임 데이타 및 키 프레임 데이타에 의해 지정된 오브젝트의 모델 데이타에 기초하여 2개의 키 프레임들 사이의 보간 프레임의 화상 데이타를 형성한다. 이런 방식으로, 데이타 보간 유니트(6)은 이전 및 다음 키 프레임의 각각과 관련 보간 프레임 사이의 공간적 거리(spatial distance)에 따라 보간 프로세스에 의해, 키 프레임들 사이에서 요구되는 보간 프레임의 화상 데이타를 작성한다. 여기에서, 데이타 보간 유니트(6)은 각 프레임의 위치 정보, 즉 프레임 번호에 기초하여 이전 및 다음 키 프레임의 각각으로부터 각각의 보간 프레임까지의 공간적 거리를 파악한다.
상술한 바와 같이, 데이타 보간 유니트(6)은 키 프레임들 사이에서 보간 프레임의 화상 데이타를 작성함으로써 원하는 일련의 애니메이션 데이타를 작성한다(SP9). 이어서 데이타 보간 유니트(6)는 이렇게 작성된 애니메이션 데이타를 데이타 메모리 유니트(7)에 전송한다.
데이타 메모리 유니트(7)은 자기 디스크 또는 광 디스크와 같은 기억 매체를 갖고 있는데, 여기에서 키 프레임 데이타와 보간 프레임 데이타로 이루어진 일련의 애니메이션 데이타가 디스크 등에 저장된다 (SP10).
상술한 바와 같이, 데이타 메모리 유니트(7) 내에 일련의 애니메이션 데이타를 저장하기 전에, 데이타 보간 유니트(6)에서 작성되는 애니메이션 데이타는, 애니메이션 화상 모니터 모드에서, 키 프레임 관리 유니트(3)을 통해 레이아웃 관리 유니트(4)로 공급되는 다음, 화상 디스플레이 유니트(5) 상에 디스플레이되어 애니메이션이 모니터될 수 있다.
이렇게 작성된 일련의 애니메이션 데이타를 모니터링에 의해 보정할 필요가 있는 경우에, 그 내부의 소정의 키 프레임을 보정하거나 적당한 키 프레임을 부가함으로써 애니메이션의 동작을 자연스럽게 할 수 있다.
레이아웃 관리 유니트(4)는 오퍼레이터로부터의 명령에 응답하여 소정의 속도로 일련의 애니메이션을 디스플레이할 수 있고, 또한 개개의 프레임 화상을 페이지가 넘어가는 것처럼 하나씩 디스플레이할 수 있어서 화상의 보정 또는 확인을 유효하게 할 수 있다.
데이타 메모리 유니트(8)에서, 애니메이션 데이타는 영상 데이타 형태로 저장되거나, 오브젝트 ID, 좌표 위치 및 그 회전을 디스플레이하는 데이타가 또한 저장될 수 있다. 애니메이션을 재생하기 위해, 오브젝트 관리 유니트(2)에서의 것과 동일한 모델 데이타가 필요한 후자의 경우에는, 이러한 모델 데이타가 데이타 메모리 유니트(7)에 저장될 수 있고, 또는 오브젝트 관리 유니트(2)의 내부 메모리의 것과 동일한 저장 내용을 갖는 메모리가 애니메이션 재생 장치에 준비될 수 있다.
데이타 보간 유니트(6)에서 오브젝트 보간 프로세스가 한 축 주위의 회전에 관한 것인 경우에, 3차원 좌표계의 각각의 X축, Y축 및 Z축 주위의 회전에 대하여 보간이 행해지는 방식이 아니라, 보간 프레임의 이전 및 다음의 2개의 키 프레임의 데이타에 기초하여 임의의 축 주위에서 회전될 수 있다고 간주되는 방식으로 프로세스가 데이타 보간 유니트(6)에서 실행된다.
그러므로, 데이타 보간 유니트(6)는 회전에 관한 보간 실행시에, 제2도의 기능 블럭도에 도시된 바와 같이, 한 축 주위의 회전 각의 계산기 수단(rotation angle around-one axis calculator means; 61), 및 보간 회전 매트릭스 계산기 수단(62)를 사용하여 상기 프로세스를 실행한다.
한 축 주위의 회전각의 계산기 수단(61)은 2개의 키 프레임에서의 오브젝트의 회전 각의 X축, Y축 및 Z축 방향의 성분으로부터, 2개의 키 프레임 사이에서, 오브젝트가 임의의 축을 중심으로 회전하는 회전 각을 나타내는 회전 각 θ를 계산한다. 회전 각 θ가 어떻게 계산되는지는 다음에 설명하겠다.
보간 회전 매트릭스 계산기 수단(62)은, 먼저 상기 2개의 키 프레임들 사이에서 오브젝트가 회전 범위 [0, θ] 내에서 회전함으로써, 각각의 보간 프레임에서의 회전 각 θd를 계산한 다음, 이렇게 얻어진 회전 각 θd를 이용하여 보간 회전 매트릭스 Rd를 계산한다. 그 후, 상기 수단(62)는 보간 회전 매트릭스 Rd를, 3차원 좌표계의 X축, Y축 및 Z축 주위의 각도 데이타로 분해하여 보간 데이타를 계산한다.
이하에는, 2개의 키 프레임 사이에서 오브젝트가 임의의 축을 중심으로 회전하는 회전각 θ를 구하는 방법이 설명된다.
3차원 좌표계의 원점 주위에서의 회전은 3× 3 회전 매트릭스로 표시된다. 좌표계 B가 좌표계 A를 X축 주위로 rx도, Y축 주위로 ry도, 및 Z축 주위로 rz도 순으로 회전한다고 가정하면, 회전 매트릭스는 다음과 같은 식1로 표시된다.
[식1]
회전 매트릭스 R을 식2로 표시한다고 가정하면, 전치 매트릭스 RT가 식3으로 표시된다.
[식2]
[식3]
의 조건이 식 3에서 만족되고, R은 직교 매트릭스이다. 역으로, |R|=1인 직교 매트릭스는 식 3으로 표시되고, 이 매트릭스는 회전 매트릭스이다. 직교 매트릭스는 다른 직교 매트릭스 T를 사용함으로써 식 4로서 정규화될 수 있다.
[식4]
임의의 2개의 회전 매트릭스 A 및 B를 구할 때, R은
로 세트되고, 상술한 바와 같은 직교 매트릭스 T가 구해지고 식5로 표시된다. 그 다음 상기 식은 식6으로 표시될 수 있다.
[식5]
[식6]
여기서, 각도를 [0, θ] 범위로 변화시키면, 상기 좌표계 A는 1개의 축 주위를 회전하여 좌표계 B의 상태가 된다.
그러므로, 직교 매트릭스 T를 구함으로써, 2개의 임의의 좌표계 사이의 상태를 1개의 회전축 주위의 회전으로서 보간할 수 있다.
직교 매트릭스 T가 다음 방식으로 구해질 수 있다. 이제 방정식(3)으로 표시되고 절대값 1을 갖는 고유 벡터 R을 구한다고 가정하자.
상기 식이 다음과 같이 표시된다.
(여기에서 E : 단위 매트릭스, t는 매트릭스 (R-E)의 성분 벡터에 직교한다)
매트릭스 (R-E)로부터 2개의 주요 독립 세트가 구해지고, 그의 외적(exterior product)을 정규화하여 t1을 형성한다. 다음에, t1에 수직한 벡터는 t1이 얻어진 매트릭스 (R-E)의 어느 벡터이든 취하여 구해진다. 이 벡터도 정규화되어 t2를 형성한다. 이어서, t1및 t2의 외적이 취해져 t3을 형성한다. 각각의 t1, t2및 t3은 1의 절대값을 갖고, 이들은 상호 직교하여 매트릭스 (t1, t2, t3)은 직교 매트릭스이다.
이제 매트릭스 (t1, t2, t3)이 T이고, 식 5의 좌측이 식 7로 표현될 수 있다고 가정하자.
[식7]
식 3으로부터 명백한 바와 같이 Rt1= t1이기 때문에, 식 8이 얻어져서 식 7을 식 9와 같이 다시 쓸 수 있다.
[식 8]
[식9]
식 9의 각 요소는 식 10에서와 같이 세트된다.
[식 10]
T 및 R 모두가 직교 매트릭스이기 때문에, T-1RT도 직교 매트릭스이고 다음과 같은 관계가 있다.
방정식 (5)에서 방정식 (8)을 빼면,
A2- D2= 0
A = ±D
로 된다.
그리고, A = -D일 때, 그것을 방정식 (9)에 대입하면 다음과 같이 된다.
D(B - C) = 0
그러므로,
D = 0 또는 B = C
로 된다.
D = 0을 방정식 (11)에 대입하면,
-BC =1
또한, 방정식 (5)에서 방정식 (7)을 빼면,
B = ± C
결국,
B = -C = ±1
로 된다.
한편, A = -D, B = C를 방정식 (11)에 대입하면,
-D2- C2= 1
이 되는데, 이것은 모순을 의미한다. 그러므로,
A = D = 0
B= -C = ± 1
이다.
A = D일 때, 그것을 방정식 (9)에 대입하여
D(B + C) = 0
이 된다.
그러므로,
D = 0 또는 B = -C
이 된다.
D = 0인 경우에, 상기와 같은 동일한 방식으로, B = -C = ± 1이 얻어진다. 한편, D ≠ 0인 경우에 B = -C이기 때문에, 이와 같은 경우도,
A = D
B = -C
C2+ D2= 1
로 되고,
어떤 경우에든 식11이 얻어질 수 있다. 그래서, 상술한 바와 같이, 식5의 조건을 만족하는 직교 매트릭스 T를 구할 수 있다.
[식11]
상술한 이론에 기초하여, 데이타 보간 유니트(6)에서의 오브젝트의 회전에 대한 보간 프로세스가 행해진다. 데이타 보간 유니트(6)에서의 회전에 대한 보간을 행하기 위한 예시적인 루틴을 제4도의 플로우차트로 도시하고 있다. 이하, 제4도를참조하여 이 루틴을 설명하겠다.
먼저 단계 S1에서, 보간 프레임 앞의 키 프레임 K1에서의 보간 대상의 오브젝트의 X축, Y축 및 Z축의 회전 주위의 각도 데이타 rx1, ry1 및 rz1과, 또한 보간 프레임 다음의 키 프레임 K2에서의 보간 대상의 오브젝트의 X축, Y축 및 Z축의 회전 주위의 각도 데이타 rx2, ry2 및 rz2, 및 상기 2개의 키 프레임 K1 및 K2 사이에서의 보간 프레임의 수를 나타내는 보간 단계 수 s가 획득된다.
그 다음, 단계 S2로 진행하여, 각도 데이타 rx1, ry1, rz1 및 각도 데이타 rx2, ry2, rz2를 이용하여 회전 매트릭스 R = R1-1R2를 계산한다. 여기에서 R1, R1-1및 R2는 식12로 표시된 바와 같다.
[식12]
이어서, 단계 S3으로 진행하여, 상술한 방식으로 얻어질 수 있는 직교 매트릭스 T를 계산한다. 이후에, 단계 S4에서, 이렇게 얻어진 직교 매트릭스 T에 대하여 식11로부터 오브젝트가 키 프레임 K1로부터 키 프레임 K2까지의 사이에 어느 한 축 주위를 회전할 때의 회전 각 θ가 계산된다. 이 경우에, 회전 축은 1개이고, 그 주위에서 오브젝트가 2개의 키 프레임 K1과 K2 사이에서 최소 회전 각을 그린다.
보간 프로세스가 실행되어 오브젝트가 계산된 회전 각 θ의 범위 [0, θ] 내의 보간 프레임의 수 s와 일치할 때마다 극도로 작은 각으로 연속하여 회전된다. 이 때문에, 각각의 보간 프레임의 각 θd는 단계 S5에서 0으로 리세트된다. 이어서 단계 S6에서, 2개의 키 프레임 K1과 K2 사이의 복수의 보간 프레임들 중 최종 프레임으로 프로세스를 종료할 것인지를 결정한다. 그리고, 결정 결과가 종료를 나타낼 때, 이 루틴을 종료한다.
상기 결정이 프로세스가 아직 종료되지 않은 것을 나타내는 아니오인 경우에, 다음의 계산을 실행하여 관련 보간 프레임에서의 각 θd를 구하도록 동작이 단계 7로 진행한다.
θd = θd + θ/s
다음 단계 S8에서, 관련 보간 프레임에서의 보간 회전 매트릭스 Rd가 다음에 주어진 식13에 따라 계산된다.
[식13]
그 후, 단계 S8에서 얻어진 보간 회전 매트릭스 Rd가 X축, Y축 및 Z축 주위의 각도 데이타 rxd, ryd 및 rzd로 분해되는 단계 S9로 동작이 진행한다. 이 방식으로 보간 데이타의 작성 종료시에 다음의 보간 프레임에 대하여 상기 프로세스를 반복하도록 단계 S6으로 동작을 복귀시킨다.
그러므로, 제6C도에 점선 화살표 ARo로 도시된 바와 같이 각각의 오브젝트가 임의의 축 주위를 회전하여 2개의 키 프레임들 사이에서 최소 회전 각을 그리는 자연스런 회전 애니메이션을 얻기 위한 소망의 보간 데이타를 작성할 수 있다. 이 경우에 상술한 바와 같이, 회전될 오브젝트가 2차원 또는 3차원 데이타 중 하나로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 회전이 임의의 축 주위의 것으로 간주되는 동안 2개의 키 프레임들 사이의 3차원 공간에서의 회전 각이 계산되고, 그 다음 2개의 키 프레임들 사이의 각각의 보간 프레임에서의 회전 각은 보간에 의해 계산되며, 계산된 회전 각을 3차원 공간 좌표계에서의 X축, Y축 및 Z축 주위의 각도 데이타로의 변환을 통해 보간 프로세스가 실행되어 애니메이터에 의해 의도된 자연스런 회전 동작을 갖는 소망의 애니메이션 작성이 실현된다.
본 발명이 양호한 실시예를 참조하여 상술되었으나, 본 발명을 이러한 실시예로 제한하지 않고, 본 분야에 숙련된 자들은 본 발명의 원리를 벗어나지 않고 여러가지로 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백하다는 것을 알 수 있다.
그러므로, 본 발명의 범위가 첨부된 특허 청구의 범위로만 결정되는 것이다.
제1도는 본 발명의 애니메이션 데이타 작성 장치의 실시예를 설명하는 블럭도.
제2도는 제1도에 도시된 애니메이션 데이타 작성 장치의 실시예의 주요 수단의 기능 블럭도.
제3도는 제1도의 애니메이션 데이타 작성 장치의 실시예의 주요 수단의 처리 동작을 도시한 플로우차트.
제4도는 데이타 보간 유니트에서의 회전에 대해 실행되는 예시적인 보간 루틴을 도시한 플로우차트.
제5도는 애니메이션 데이타가 키 프레임으로 보간에 의해 작성되는 방법을 도시한 예시적인 도면.
제6의 (a)도 내지 제6의 (c)도는 키 프레임으로 보간에 의해 얻어지는 회전애니메이션의 동작을 각각 도시한 예시적인 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 입력 유니트 2 : 오브젝트 관리 유니트
3 : 키 프레임 관리 유니트 4 : 레이아웃 관리 유니트
5 : 화상 디스플레이 유니트 6 : 데이타 보간 유니트
7 : 데이타 메모리 유니트

Claims (21)

  1. 애니메이션 데이타의 작성 방법에 있어서,
    선택된 시간축 상에 애니메이션의 구성 요소(component element)를 배치함으로써 복수의 키 프레임을 세트하는 단계;
    상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 상기 구성 요소의 동작에 대응하는 한 회전 축을 얻는 단계; 및
    상기 회전 축을 중심으로 한 회전으로서 상기 동작을 처리하면서, 상기 구성 요소의 동작을 보간함으로써 보간 프레임을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 세트된 상기 키 프레임을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 키 프레임을 세트하는 단계는 복수의 구성 요소 중 원하는 하나의 구성 요소를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 키 프레임을 세트하는 단계는 상기 구성 요소의 좌표를 세트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 키 프레임을 세트하는 단계는 상기 구성 요소의 차원을 세트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 키 프레임을 세트하는 단계는 상기 구성 요소의 회전 각을 세트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 한 회전 축을 얻는 단계는,
    상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 구성 요소의 동작에 대응하는 원점(origin point)을 중심으로 한 회한을 얻는 단계; 및
    상기 원점을 중심으로 한 회전을 임의의 축을 중심으로 한 회전으로 변환시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 한 회전 축을 얻는 단계는,
    상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 구성 요소의 동작에 대응하는 원점을 중심으로한 회전 매트릭스 R을 얻는 단계; 및
    상기 회전 매트릭스 R로부터 아래의 조건
    을 만족하는 직교 매트릭스 T를 얻는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 보간 프레임을 형성하는 단계는,
    상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 구성 요소의 동작에 대응하는 상기 한 회전 축을 중심으로 한 회전 각을 얻는 단계; 및
    시간 축 상의 위치와 일치하는 보간 프레임 상에서 상기 구성 요소의 회전 각을 얻는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 보간 프레임을 형성하는 단계는,
    상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 구성 요소의 동작에 대응하는 상기 한 회전 축을 중심으로 하는 회전 각 θ 를 얻는 단계; 및
    방정식 θ d = θ d+θ /S를 계산하여 상기 회전 각 θ 의 범위 내에서 보간 프레임의 수 S에 따라 보간 프레임 각각에서의 회전 각 dθ 를 얻는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 방법.
  11. 애니메이션 데이타의 작성 장치에 있어서,
    선택된 시간축 상에 애니메이션의 구성 요소를 배치함으로써 복수의 키 프레임을 세트하기 위한 수단;
    상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 상기 구성 요소의 동작에 대응하는 한 회전 축을 얻기 위한 수단; 및
    상기 회전 축을 중심으로 한 회전으로서 상기 동작을 처리하면서, 상기 구성 요소의 동작을 보간함으로써 보간 프레임을 형성하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 장치.
  12. 제11항에 있어서, 세트된 상기 키 프레임을 디스플레이하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 키 프레임을 세트하기 위한 수단은 복수의 구성 요소 중 원하는 하나의 구성 요소를 선택하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 키 프레임을 세트하기 위한 수단은 상기 구성 요소의 좌표를 세트하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 키 프레임을 세트하기 위한 수단은 상기 구성 요소의 차원을 세트하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 키 프레임을 세트하기 위한 수단은 상기 구성 요소의 회전 각을 세트하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 장치.
  17. 제11항에 있어서, 상기 한 회전 축을 얻기 위한 수단은,
    상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 구성 요소의 동작에 대응하는 원점을 중심으로 한 회전을 얻기 위한 수단; 및
    원점을 중심으로 한 회전을 임의의 축을 중심으로 한 회전으로 변환시키기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 회전의 축을 얻기 위한 수단은,
    상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 구성 요소의 동작에 대응하는 원점을 중심으로 한 회전 매트릭스 R을 얻기 위한 수단; 및
    상기 회전 매트릭스 R로부터 이하의 조건
    을 만족하는 직교 매트릭스 T를 얻기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 장치.
  19. 제11항에 있어서, 상기 보간 프레임을 형성하기 위한 수단은,
    상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 구성 요소의 동작에 대응하는 상기 한 회전 축을 중심으로한 회전 각을 얻기 위한 수단; 및
    시간 축 상의 위치와 일치하는 보간 프레임 상에서 상기 구성 요소의 회전 각을 얻기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 보간 프레임을 형성하기 위한 수단은
    상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 구성 요소의 동작에 대응하는 상기 한 회전 축을 중심으로 하는 회전 각 θ 를 얻기 위한 수단; 및
    방정식 θ d = θ d + θ /S를 계산하여 상기 회전 각 θ 의 범위 내에서 보간 프레임의 수 S에 따라 보간 프레임 각각에서의 회전 각 dθ 를 얻기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 장치.
  21. 애니메이션 데이타의 작성 장치에 있어서,
    애니메이션의 구성 요소가 선택된 시간 축 상에 배치되는 복수의 키 프레임의 데이타를 저장하기 위한 수단;
    상기 키 프레임들 중 2개의 키 프레임 사이의 구성 요소의 동작에 대응하는 한 회전축을 얻기 위한 수단;
    상기 한 회전축을 중심으로 구성 요소를 회전시킴으로써 상기 2개의 키 프레임 사이의 보간 프레임을 얻기 위한 수단; 및
    얻어진 상기 보간 프레임을 출력하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 애니메이션 데이타 작성 장치.
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