計(jì)算機(jī)動(dòng)畫-計(jì)算機(jī)圖形學(xué)-北京工業(yè)大學(xué)-08課件

第八章計(jì)算機(jī)動(dòng)畫Computeranimation通過計(jì)算機(jī)生成連續(xù)的動(dòng)態(tài)畫面提綱起源與發(fā)展典型動(dòng)畫方法《誰(shuí)陷害了兔子羅杰？》12/20/20222計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的起源與發(fā)展早期:將計(jì)算機(jī)用于自動(dòng)控制動(dòng)畫機(jī)械設(shè)備20世紀(jì)60年代:圖形學(xué)及CAD技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)的發(fā)展;初期的技術(shù)僅停留在對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)畫手段的改善70年代:星球大戰(zhàn)等影片采用了三維動(dòng)畫技術(shù)80年代:Wavefront（美國(guó)）,Explore（法國(guó)），AliasAnimator（加拿大）,Softimage（美國(guó)）等專用動(dòng)畫軟件出現(xiàn)，運(yùn)行在工作站環(huán)境；計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的生成過程造型運(yùn)動(dòng)控制繪制典型三維動(dòng)畫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三維建模真實(shí)感模擬物理規(guī)則知識(shí)表達(dá)傳統(tǒng)動(dòng)畫方法＋＋＋造型表達(dá)運(yùn)動(dòng)表達(dá)＋三維動(dòng)畫＋典型動(dòng)畫方法關(guān)鍵幀動(dòng)畫方法二維圖形的關(guān)鍵幀方法三維圖形的關(guān)鍵幀方法圖像的關(guān)鍵幀方法造型動(dòng)畫法：人體動(dòng)畫和關(guān)節(jié)動(dòng)畫過程動(dòng)畫關(guān)鍵幀方法原理：根據(jù)動(dòng)畫設(shè)計(jì)者提供的一組重要畫面生成“關(guān)鍵幀”通過對(duì)關(guān)鍵幀進(jìn)行插值生成中間過渡畫面核心問題：關(guān)鍵幀生成策略關(guān)鍵幀中物體要素之間的對(duì)應(yīng)問題對(duì)應(yīng)要素之間的插值方法策略一：線性插值中間幀沿關(guān)鍵幀構(gòu)成的直線呈等距分布分布距離由用戶指定的幀/秒確定策略三：有松弛的非線性插值根據(jù)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的速度值,計(jì)算中間幀所在的位置二維圖形關(guān)鍵幀方法多邊形之間的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)及插值問題A1A2A3B1B2B3頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)規(guī)則頂點(diǎn)間的對(duì)應(yīng)可由用戶交互控制，也可以通過預(yù)定義的規(guī)則自動(dòng)生成多邊形頂點(diǎn)的自動(dòng)對(duì)應(yīng)規(guī)則：內(nèi)在幾何量（邊長(zhǎng)、轉(zhuǎn)角等）的變形盡可能地小能量最小化方法用能量值刻畫不同對(duì)應(yīng)多邊形之間的差別，再選取其中能量最小的一個(gè)對(duì)應(yīng)續(xù)：例：建立多邊形A=[A1,A2,...,An]和B=[B1,B2,...,Bn]之間的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系。解：引入能量函數(shù)續(xù)：頂點(diǎn)數(shù)不同時(shí)的處理：增加頂點(diǎn)重頂點(diǎn)分割邊界復(fù)雜圖形的對(duì)應(yīng)交互指定關(guān)鍵頂點(diǎn)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系自動(dòng)尋找其它頂點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系插值路徑沿著不同的插值路徑將得到不同的中間多邊形最原始的方法：位置線性插值法引起邊的非單調(diào)變化，造成失真感?？紤]時(shí)間連續(xù)性的插值路徑三維圖形的關(guān)鍵幀方法原理與二維圖形關(guān)鍵幀方法相同多面體之間的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)更加困難基本算法：把兩個(gè)物體映射到同一個(gè)單位球上；在單位球上將兩個(gè)物體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)合并為一；將合并后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)映射回原來(lái)的物體在拓?fù)渫瑯?gòu)的物體間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系并插值基于特征的圖像變形技術(shù)1992年Beier和Neely提出針對(duì)目標(biāo)圖像中的每一點(diǎn)計(jì)算其在源圖像中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)像素值進(jìn)行插值實(shí)現(xiàn)連續(xù)過渡定義特征線段將源圖像中的特征線段變換到目標(biāo)圖像中的特征線段上續(xù)：建立多對(duì)特征線增強(qiáng)對(duì)圖像變形的控制能力例：以兩對(duì)特征線為基礎(chǔ)的對(duì)應(yīng)人體動(dòng)畫和關(guān)節(jié)動(dòng)畫人體動(dòng)畫主要包括：面部表情軀體動(dòng)畫手的運(yùn)動(dòng)人體動(dòng)畫的困難在于人體造型：外形及皮膚的質(zhì)地和顏色運(yùn)動(dòng)控制：特別是表情和肌肉的活動(dòng)演示骨盆脊柱頭肩脖子頭右肩肘腕左肩右臀左臀膝蓋踝關(guān)節(jié)圓形部位腳趾例：人體動(dòng)畫的實(shí)現(xiàn)-骨骼動(dòng)畫人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制前向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型續(xù)：MotionCapture可捕獲的參考點(diǎn)Motioncapture流程跟蹤參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)人體/人臉磁性/光學(xué)/外骨骼參考點(diǎn)轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)角度驅(qū)動(dòng)該關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)的3-D模型根據(jù)當(dāng)前環(huán)境調(diào)整相應(yīng)動(dòng)作增加用戶控制動(dòng)態(tài)皮膚變形動(dòng)畫SangIlPark,SIGGRAPH2006續(xù)：基于MPEG-4的人體/人臉動(dòng)畫人臉和人體動(dòng)畫標(biāo)準(zhǔn)（FaceandBodyAnimation）FBA。該標(biāo)準(zhǔn)以統(tǒng)一格式定義了人臉動(dòng)畫和人體動(dòng)畫的描述方法人臉動(dòng)畫標(biāo)準(zhǔn)使用：FDPS、FAPSDemo-08過程動(dòng)畫與代數(shù)動(dòng)畫法相結(jié)合，用一個(gè)過程來(lái)描述物體的變動(dòng)規(guī)律粒子系統(tǒng)：將造型和動(dòng)畫連成一體群體動(dòng)畫：模擬以群體方式運(yùn)動(dòng)的對(duì)象，如鳥、魚等在一定程度上可看作是粒子系統(tǒng)的延伸流體模擬：對(duì)連續(xù)、易變形對(duì)象的模擬，包括流體和氣體，如云霧、布料等粒子系統(tǒng)適宜于云、煙、火、瀑布、焰火等模擬服裝面料不同種類具有不同屬性不是簡(jiǎn)單的彈性曲面各向異性網(wǎng)格分辨率—模擬的關(guān)鍵碰撞檢測(cè)—計(jì)算耗時(shí)二維動(dòng)畫軟件Macromedia公司出品的Flash被廣泛用于制作網(wǎng)頁(yè)動(dòng)畫優(yōu)點(diǎn)：使用矢量的圖形格式多媒體交互功能：支持聲音和位圖采用流媒體形式有三維版本:3DFlashAnimator其它:AnimatorStudioFirework等三維動(dòng)畫制作軟件Autodesk公司：1991年推出DOS下的動(dòng)畫軟件3DStudio；1996年推出Windows下的3DMAX基本占領(lǐng)了動(dòng)畫軟件的中低端市場(chǎng)，各具專長(zhǎng)的插件擴(kuò)展了它的應(yīng)用空間高端市場(chǎng)：Alias合并Wavefront又被SGI收購(gòu)后推出MAYA(SGI/NT版本)Softimage3D：Softimage公司產(chǎn)品，有SGI和NT版本LIGHTWAVE3D:支持大多數(shù)工作平臺(tái),影視制作的首選軟件許多動(dòng)畫制作模型是先經(jīng)過MAYA建模后，再轉(zhuǎn)換經(jīng)由Softimage進(jìn)行動(dòng)作控制例:3DMAX制作的建筑圖(a)在3DSMax中賦材質(zhì)加燈光渲染后的建筑圖(b)在Photoshop中加完配景后的建筑圖動(dòng)畫的后期處理動(dòng)畫的后期處理影視片段剪輯與特技處理包括合成、圖像Morphing、特殊光效等軟件主要有：DiscreetLogic公司的Fl