Maya中人物角色群組控制特點及實現(xiàn)方法分析.doc

1、maya中人物角色群組控制特點及實現(xiàn)方法分析北京電影學(xué)院動畫學(xué)院 周進(jìn)一、 理論分析群組動畫控制特點群組動畫作為電腦三維動畫最為高端和復(fù)雜的動畫形式之一，在動畫方面具有特定的屬性，主要體現(xiàn)在：l 角色造型的統(tǒng)一性和差異性；l 角色數(shù)量；l 角色運(yùn)動的統(tǒng)一性和隨機(jī)性；l 角色與角色之間，角色與場景之間協(xié)調(diào)；l 角色動作與群組運(yùn)動之間的協(xié)調(diào)；l 群組形態(tài)的控制；l 群組中角色動畫智能交互等方面?，F(xiàn)針對人物群組動畫分別進(jìn)行討論如下。1角色造型群組動畫中的角色一般來說具備統(tǒng)一性特征，比如人群、馬群、鳥群、魚群、機(jī)器人群等，都是造型相似的角色。其中，大量的群組動的角色造型還可能完全相同，如圖01所示。圖

2、01 機(jī)器人群組中角色造型完全相同（電影我，機(jī)器人）在統(tǒng)一性的前提下，根據(jù)實際情況需要也不排除角色造型的差異性，可以實現(xiàn)同一群組中若干角色的差異，但這樣的角色數(shù)量一般不會超過35種，造型相對也非常接近，如圖02所示。圖02 幾種不同的魔兵造型（電影指環(huán)王）2 角色數(shù)量對于多少數(shù)量以上的角色動畫才能稱之為群組動畫，現(xiàn)在還沒有一個確切的論斷，也沒有必要有一個特定明確的數(shù)目。但這里還是能夠得出一些明確的結(jié)論：首先，角色數(shù)量至少應(yīng)該在2個以上，1個角色完全不能稱為群組；其次，角色數(shù)量在510個以上，使用特定的方法制作群組動畫才有其意義，角色數(shù)量越多，越能夠體現(xiàn)群組動畫的形態(tài)特征，如圖03所示。 圖03

3、大量的機(jī)器人組成群組（電影我，機(jī)器人）3角色運(yùn)動的統(tǒng)一性和隨機(jī)性對于這里討論的群組動畫來說，角色的運(yùn)動應(yīng)該具有一定的統(tǒng)一性和隨機(jī)性。首先，群組中各個角色的運(yùn)動應(yīng)該是相對統(tǒng)一的，有的甚至是完全一致的，這是群組動畫形態(tài)的本質(zhì)特征之一，如圖04所示。圖04 機(jī)器人角色的動作完全一致（電影我，機(jī)器人）在統(tǒng)一性的基礎(chǔ)上，群組中的各個角色在一定程度上有具備相當(dāng)?shù)碾S機(jī)性。首先角色位置的分布可能具有一定的隨機(jī)性，其次角色的動作可能具有一定的隨機(jī)性。角色動作的隨機(jī)性表現(xiàn)在以下兩個方面：首先，對于同一動作，群組中的每個角色在調(diào)用時，起始時間可能具有一定的隨機(jī)性，可以稱之為其動畫具有隨機(jī)的相位差，這樣能夠產(chǎn)生相對雜

4、亂的效果，適合大多數(shù)的群組動畫狀況。其次，對于一個群組，如果其中角色種類在2種以上，那么各種角色的動作可能也各不相同，那么各種角色的也可以隨機(jī)的選擇各種不同動作，這些動作還以不同相位加到各種角色上，能夠?qū)崿F(xiàn)更多的群組隨機(jī)運(yùn)動狀態(tài)，如圖05所示。 圖05 游戲畫面中，三個角色調(diào)用不同相位的三條動作，構(gòu)成群組動畫4 角色與角色之間，角色與場景之間協(xié)調(diào)既然是一個群組，那么角色與角色之間、角色與場景之間應(yīng)該有很好的協(xié)調(diào)，主要表現(xiàn)在碰撞避免方面。角色和角色之間不能出現(xiàn)碰撞，而角色與地面、障礙物或其他非群組角色等要素之間也要避免碰撞及穿過等錯誤，如圖06所示。圖06 群組角色之間，與地面場景之間，與飛船之

5、間都必須協(xié)調(diào)一致5 角色動作與群組運(yùn)動之間的協(xié)調(diào)角色動作與群組運(yùn)動之間的協(xié)調(diào)同樣非常重要，尤其對于人物角色群組動畫來說，其重要性尤其突出。對于魚群、鳥群這一類型的特定群組來說，角色運(yùn)動和群組運(yùn)動與周圍場景之間其實沒有交互影響，于是角色的運(yùn)動形態(tài)和速度與群組運(yùn)動形態(tài)和速度相對獨立，不會相互影響，導(dǎo)致角色動畫的錯誤，如圖07所示。圖07 場景中的魚群游動動作與魚群整體運(yùn)動相對獨立，整體的運(yùn)動不會使單個角色動畫出現(xiàn)錯誤。而對于人物角色群組動畫這一特定類型的群組動畫來說，人物角色動畫必須和地面場景產(chǎn)生交互，因此，角色動畫必須和群組運(yùn)動速度間協(xié)調(diào)一致，否則將導(dǎo)致人物動畫的錯誤，比如人的腳步在地面上滑行。

6、圖08人物角色動畫和群組運(yùn)動間必須正確匹配，否則將出現(xiàn)腳步與地面之間滑動等錯誤。6群組形態(tài)的控制大量的角色組合在一起，形成一定的群組形態(tài)，產(chǎn)生不同的群組動畫效果，這也是群組動畫的本質(zhì)特征之一。沒有特定形態(tài)的角色動畫根本不能稱為群組動畫，因此，如何產(chǎn)生和控制群組形態(tài)也是群組動畫技術(shù)中非常重要的組成部分，如圖09所示。圖09 群組形態(tài)表現(xiàn)出群組動畫的主要視覺效果 （電影指環(huán)王）7 群組中角色動畫智能交互場景中兩個以上的群組要產(chǎn)生交互影響時，實質(zhì)上是由群組中的角色分別根據(jù)對方群組中角色的位置、動作等屬性產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，也就是通過特定的方法一定程度上實現(xiàn)角色動畫的智能調(diào)用，并進(jìn)一步實現(xiàn)群組形態(tài)和動畫的

7、智能交互，如圖10所示。兩個群組即將產(chǎn)生戰(zhàn)斗（電影指環(huán)王）圖10 角色智能調(diào)用戰(zhàn)斗及倒下等動作（電影指環(huán)王）二、 粒子動力學(xué)模擬群組運(yùn)動實現(xiàn)思想具體分析了解maya粒子動力學(xué)基本概念和特點之后，現(xiàn)在針對群組動畫系列形態(tài)特點具體分析通過粒子動力學(xué)模擬實現(xiàn)的基本思想。前面歸納的群組動畫運(yùn)動系列特點如下：l 角色造型的統(tǒng)一性和差異性；l 角色數(shù)量；l 角色運(yùn)動的統(tǒng)一性和隨機(jī)性；l 角色與角色之間，角色與場景之間協(xié)調(diào)；l 角色動作與群組運(yùn)動之間的協(xié)調(diào)；l 群組形態(tài)的控制；l 群組中角色動畫智能交互等方面。1、角色造型的統(tǒng)一性和差異性角色造型的統(tǒng)一性和差異性，在三維動畫中通過建模和材質(zhì)模塊功能實現(xiàn)，與粒

8、子動力學(xué)無關(guān)，這里不進(jìn)行詳細(xì)討論。2、角色數(shù)量群組中的角色數(shù)量是一定數(shù)量以上的，很可能是大量的，而通過粒子系統(tǒng)的創(chuàng)建工具，可以很方便的實現(xiàn)大量的粒子，每個粒子又有其獨立的id號，為控制角色解決了數(shù)量的問題。3、角色運(yùn)動的統(tǒng)一性和隨機(jī)性 從前面的粒子動力學(xué)原理特點分析可以看出，粒子創(chuàng)建后出來的運(yùn)動形態(tài)具有一定的統(tǒng)一性，正好可以控制角色運(yùn)動的統(tǒng)一性。通過添加適當(dāng)?shù)牧?，比如紊流力場，可以實現(xiàn)粒子分布的隨機(jī)性。通過粒子屬性的調(diào)用，也可以實現(xiàn)角色運(yùn)動動作及相位的隨機(jī)性。4、角色與角色之間，角色與場景之間協(xié)調(diào)粒子創(chuàng)建之后，粒子之間同樣存在各種協(xié)調(diào)關(guān)系，比如碰撞和碰撞避免等，這樣可以控制角色與角色之間的協(xié)

9、調(diào)。粒子與場景中各物體表面可以發(fā)生碰撞和吸附，這樣就可以控制角色與場景之間的協(xié)調(diào)。5、角色動作與群組運(yùn)動之間的協(xié)調(diào)角色動作要與群組動作實現(xiàn)協(xié)調(diào)，主要是針對人物角色動畫而言的?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)粒子運(yùn)動速度和角色動作速度的匹配，實現(xiàn)人物角色動作與群組運(yùn)動速度的協(xié)調(diào)；還可以讓粒子的初速度為0，再通過調(diào)用角色自身的循環(huán)動畫來實現(xiàn)。在后面的具體實現(xiàn)方法中將對這兩種方法分別進(jìn)行討論。6、群組形態(tài)的控制粒子運(yùn)動的形態(tài)可以通過各種工具非常靈活的控制，這樣就可以很方便的控制群組運(yùn)動的形態(tài)。7、群組中角色動畫智能交互群組中角色動畫的智能交互，通過粒子動力學(xué)本身不能直接實現(xiàn)，但通過maya內(nèi)置的mel開發(fā)工具，可以通過

10、一定的程序?qū)崿F(xiàn)粒子控制角色動作根據(jù)場景智能調(diào)用，而現(xiàn)在還有更好的智能軟件結(jié)合maya軟件實現(xiàn)角色動畫的智能交互，這樣的軟件的代表有ai-implant和massive等，后面將針對ai-implant智能軟件進(jìn)行分析討論。三、各種實現(xiàn)方法簡介及對比分析1、粒子替換粒子替換的基本工作原理和流程如下：1） 角色動畫制作和調(diào)整 （動作捕捉+動畫循環(huán)處理） 2） 創(chuàng)建粒子分布，通過力場和碰撞控制群組的約束和運(yùn)動形態(tài)3）將粒子替換為角色，實現(xiàn)角色群組動畫2、粒子貼圖其基本基本思路如下：1）角色動作制作和調(diào)整，渲染動畫序列2）創(chuàng)建粒子，通過粒子屬性控制群組約束和運(yùn)動形態(tài)3）將動畫序列作為粒子貼圖，實現(xiàn)角色

11、群組動畫3、智能群組動畫軟件ai-implantai-implant工作原理類似于maya當(dāng)中的動力學(xué)原理，首先針對maya中動力學(xué)模擬動畫原理，以剛體立方體碰撞為例進(jìn)行討論，其工作原理如下。1） 傳統(tǒng)方法建立立方體模型。2） 將立方體模型定義為“剛體”（rigid body），這樣，就可以通過剛體解算器（rigid body solver）驅(qū)動立方體的位移節(jié)點。3） 再加入一系列力場對剛體產(chǎn)生影響，產(chǎn)生根據(jù)一定物理規(guī)律的動畫，如圖所示。ai-implant工作原理與此非常相似，只是物體的運(yùn)動不是由物理規(guī)律控制而是由ai的行為處理（behaviour treats）加以控制。同樣，自治角色（a

12、utonomous character）代替剛體對物體進(jìn)行定義，ai解算器代替剛體解算器，行為（behaviours）代替力場，因此，ai的工作流程如下：1） 角色按照傳統(tǒng)方法進(jìn)行建模。2） 將角色定義為autonomous character（自治角色），這樣，就可以通過ai解算器（ai solver）驅(qū)動角色的位移節(jié)點。3、再加入一系列的behaviours（行為），比如搜索（seek to）等，這樣，自治角色就按照其行為參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動。要實現(xiàn)角色與角色之間，角色與場景之間的智能互動，ai中最為強(qiáng)大的工具是動作選擇模塊（action selection）。動作選擇模塊可以根據(jù)特定的條件選擇特

13、定動作，甚至可以修該behaviours（行為）、驅(qū)動動作循環(huán)、控制角色狀態(tài)等，功能非常強(qiáng)大而靈活。例如，如果希望角色沿著特定路線前進(jìn)，當(dāng)碰到敵人的時候跑開，可以按照下面的邏輯實現(xiàn)：if an enemy is near then: run away else: follow the path 這個簡單的邏輯可以分為以下部分： 條件： enemy is near 動作：run away或 follow the path在ai中，條件是通過sensor（傳感器）判斷產(chǎn)生的，傳感器輸出到角色存儲中的內(nèi)容稱為datum（基準(zhǔn)）。而action（動作）則通過使用commands（命令）產(chǎn)生，命令可以用

14、來激活行為和動作循環(huán)，以設(shè)置角色屬性和基準(zhǔn)值。在上述例子中，命令將激活fleeform 行為和followpath 行為。最后，被用來將根據(jù)不同條件產(chǎn)生的動作組合起來形成一個關(guān)系決定樹（decision tree），通過關(guān)系決定樹可以實現(xiàn)一系列復(fù)雜的交互動作。最后，對于這三種方法對比分析如下，可以根據(jù)實際制作的需要選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ趍aya中實現(xiàn)人物群組動畫的制作。 比較內(nèi)容實現(xiàn)方法群組數(shù)量刷新速度/工作效率攝像機(jī)運(yùn)動范圍智能交互操作復(fù)雜程度粒子替換較少（幾十個以內(nèi)）較慢不受限制不能簡單粒子貼圖較多（可達(dá)幾百個）較快有限不能比較簡單ai-implant較多（上百個）較快不受限制能比較復(fù)雜as o

15、f microsoft® internet explorer 4.0, you can applmultimedia-style effects to your web pages using visual filters and transitions. you can apply visual filters and transitions to standard html controls, such as text containers, images, and other windowless objects. transitions are time-varying fi

16、lters that create a transition from one visual state to another. by combining filters and transitions with basic scripting, you can create visually engaging and interactive documents.internet explorer 5.5 and later supports a rich variety of optimized filters. click the following button to see a dem

17、onstration of many of these filters and how to usetheprocedural surfaces are colored surfaces that display between the content of an object and the object's background. procedural surfaces define each pixel's rgb color and alpha values dynamically. only the procedure used to compute the surf

18、ace is stored in memory. the content of an object with a procedural surface applied is not affected by the procedural surface.警告：此類已序列化的對象將不再與以后的 swing 版本兼容。當(dāng)前的序列化支持適合在運(yùn)行相同 swing 版本的應(yīng)用程序之間短期存儲或 rmi。從 1.4 版開始，已在 java.beans 包中加入對所有 javabeanstm 的長期存儲支持。請參見 xmlencoder。引用類型和原始類型的行為完全不同，并且它們具有不同的語義。引用類型和原始類型具有不同的特征和用法，它們包括：大小和速度問題，這種類型以哪種類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲，當(dāng)引用類型和