[发明专利]一种三维角色循环动画的自动累积方法

说明书

技术领域

本发明属于三维动画设计技术领域，具体涉及一种三维角色循环动画的自动累积方法。

背景技术

三维动画技术，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一种新兴技术，可以方便快捷地制作出满足导演需求的三维动画或影视特效镜头。

三维动画片的制作原理一般为：首先，利用三维软件(比如3ds Max、Maya或Houdini)在计算机中建立一个虚拟的世界；然后，在这个虚拟的三维世界中添加场景和三维卡通角色等三维模型；最后，设定模型的动画曲线、虚拟摄影机的运动轨迹和其它动画参数，渲染得到角色动画。

由于三维动画技术具备可精确模拟真实景象、几乎无创作限制等特点，目前被广泛应用于娱乐、教育、军事等诸多领域。

针对娱乐领域的应用，通常需要根据设计师提供的卡通人物造型，制作相应的三维动画角色和骨骼绑定系统，并通过在不同的时间点设置不同的关键帧数值，从而使之具备符合角色性格、年龄或其他特征的逼真动作。

当前动画制作，常用技术主要分为关键帧技术，基于真人表演的动作捕捉技术，以及物理模拟技术三类。后两类技术具有自动化操作、快速逼真的特点，无需动画师设置关键帧，节省了大量人力，但是对于卡通角色非物理真实的夸张动作无能为力。在制作卡通角色动画时，为节省时间，动画师往往制作出一个周期内的动作，然后循环播放，构成一段连续的动画，比如角色的行走、跑动，都可以分解为两脚各迈出一步的动作的周期反复。

但是，仅是循环播放，会使角色在原地踏步。另外，为了使角色的行走、跑动等动画看起来不像机械运动，需要在循环周期内加入更多的细节变化，使角色的动作在整个运动过程中不是完全机械的重复前一个周期的动作。当前，三维动画制作工具并没有提供完善的解决方案，需要动画师手动更新角色的位置以避免原地不动，并根据角色的运动路径，对角色身上各部位的运动进行相应的手工修正，比如沿曲线运动时两脚的位移和角度变化是略有差异的。本发明的目的就是针对以上制作中常见问题，提供一种自动化的快速解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种三维角色循环动画的自动累积方法，该方法能够快速生成角色沿平面上路径运动的动画。

本发明的技术方案如下：

一种三维角色循环动画的自动累积方法，具体步骤为：

步骤一，针对已经完成骨骼绑定的三维角色模型，将角色腹部中心点R作为三维角色模型的基准点，以角色腹部中心点作为坐标原点，计算角色各部位对应的控制器C_k的相对位置Q_k，k＝0,1,2……K-1，K为控制器的总数，所述相对位置Q_k为在以角色腹部中心点作为坐标原点的坐标系下计算；沿角色移动路径S进行等间距采样，计算出各采样点处路径曲线的法线N_n和切线T_n；

S101、根据动画师制作的脚部循环动画中的步幅，得到三维角色在一个循环动画周期内的位移d，即左右脚各迈一步后的位移；

S102、设三维角色的移动路径S的长度为L，则N＝L/d为移动路径上的采样点数量，在移动路径S上进行等间距为d的采样，获得采样点S_n；

步骤二，根据所述N_n和切线T_n，计算连续两个采样点之间的旋转变换矩阵M_n；基于所述旋转变换矩阵M_n和各部位对应的控制器C_k的相对位置Q_k，计算三维角色各部位对应的控制器C_k的步幅变换因子Step_n，具体步骤如下：

1)计算出采样点S_n处切线矢量T_n相对于采样点S_n-1处切线矢量T_n-1的旋转变换矩阵M_n；

2)计算出三维角色各部位对应的控制器C_k在采样点S_n处相对于采样点S_n-1处的位移deltaP_n＝M_n·Q_k+(P_n-P_n-1)。则采样点S_n处的步幅变换因子Step_n＝|deltaP_n|/d；