一种卡通流水动画自动生成方法技术

本发明专利技术公开了一种卡通流水动画自动生成方法，其特征在于，对手工绘制的卡通流水动画进行分类，构造它们的模型，用参数化方法控制模型自动生成卡通流水动画。具体提出平稳卡通流水，激烈卡通流水以及卡通瀑布动画的自动生成方法。用这些方法生成卡通流水动画速度可以达到实时，与手工绘制卡通流水动画相比，可大大提高卡通流水动画制作效率。由于系统直接生成动画序列图像并保存起来，摆脱了手工绘制卡通流水动画对纸张的使用，还可以节省大量纸张。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卡通特效动画生成方法，尤其涉及卡通流水动画的自动生成方法。
技术介绍
在卡通动画中流水、火焰、烟雾等效果对烘托动画气氛及增强动画的真实感都有十分重要的作用，其中流水效果是动画中常见的场景，例如河流、溪水、瀑布等。目前卡通流水动画仍然依赖手工绘制，动画美工一天大约可以绘出20幅左右画面(约1秒长度的动画)，一个卡通效果长度一般为3～6秒钟，人工绘制需要4～5天，效率低下。对于以水面附近及水面上发生故事为主要情节的动画作品，其手工绘制工作量更大，所用时间更长。如果资金受到限制，动画绘制人员一般先画出一段短的动画，然后以它作为一个周期并重复使用来达到所要求的长度，因此，动画效果看起来有较强的机械感。目前计算机辅助制作动画系统主要着眼于用计算机手段实现传统手工动画中某些制作步骤，其主要的算法是关键画面(Keyframe)插值。但这些自动生成中间画面的方法要求关键画面之间的物体在几何与时间上都连续。由于卡通流水含有随机运动分量，因而破坏了画面之间的对应关系，造成上述方法完全失效。此外，卡通涟波及波光闪烁是手工绘制的具有艺术风格的二维画面，它们难以用粒子系统(Particle system)表示，亦无法利用物理知识如流体理论等对其建立模型。在过去二十多年中人们提出许多处理水运动的动画生成方法，但大都致力于生成真实感的动画，而对自动生成卡通风格流水动画一直无人提出有效的解决方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，通过该方法用户只需要指定少量的控制点和参数便可以自动生成任意长度、没有周期性重复机械感的卡通流水动画，具体包括平稳卡通流水、激烈卡通流水以及卡通瀑布效果。生成速度达到实时。为了实现上述目的，本专利技术的技术解决方案，是对手工绘制的卡通流水动画分成平稳流水，激烈流水以及瀑布三类，构造它们的模型，用参数化方法控制这些模型自动生成相应的卡通风格流水动画。本专利技术方法包括以下步骤利用输入的流水类型平稳、激烈和瀑布指令控制平稳卡通流水、激烈卡通流水和卡通瀑布动画生成；基于样条曲线对交互输入控制点生成流水路径边线；设置水波速度和水波距离；当执行指令为平稳时，则生成横向水波骨架；生成纵向水波骨架并绘制其形状；生成顶部浪花；生成浪花边泡沫。当执行指令为激烈时，则控制流水路径位置分布产生透视效果；控制流水路径局部动态升高；生成横向水波形骨架并绘制其形状；生成u状、s状和w状三类散乱水波骨架并绘制其形状；当执行指令为瀑布时，则控制瀑布路径点位置分布产生仰视透视效果；生成横向水波骨架并绘制其形状；生成u状、s状和w状三类散乱水波骨架并绘制其形状。动画视频输出。上述的基于样条曲线对交互输入控制点生成流水路径边线，包括如下步骤a、在卡通背景画面上输入少量控制点用于规定卡通流水效果的路径边线大致形状；b、用样条曲线对输入的控制点进行平滑插值得到精确的流水路径边线，插值后的点放入两个数组中。上述的控制水波速度和水波距离包括如下步骤a、水波速度控制水波在两相邻画面之间沿流水路径边线的位移，它被转化成边线上的一些点数控制，由输入参数设置；b、水波距离为水面上两相邻水波之间的距离，它被转化成边线上的一些点数控制，由输入参数设置。上述的当执行指令为平稳时，启动平稳流水生成程序，包括如下步骤 a、在流水路径两边线上按预定水波距离取两个点，然后在两点之间生成随机正弦波作为横向水波骨架；b、在横向水波骨架上各点作为起始参考点，沿流水方向分布一系列短弧线构成纵向水波骨架，然后用宽度变化的线绘制纵向水波形状；c、在纵向水波骨架各弧线上随机取一点作为控制点，用样条曲线对它们插值得到浪花前部形状曲线，正弦波形横波骨架对应浪花后部形状曲线，把二者合围生成顶部浪花形状。d、用一些小圆表示泡沫，并用简单模型控制它们分布在顶部浪花附近，小圆的半径随机变化。上述的当执行指令为激烈时，启动激烈流水生成程序，包括如下步骤a、用非线性插值变量v＝k·sin(u·π/2)对两条边界线插值可以得到具有透视效果的线族分布，这里k控制着透视程度，u为空间变量；b、在流水路径边线上寻找横向水波骨架所在位置，然后在这些位置上用一个高度偏量更新其在流水路径控制线上的点，用样条曲线对该点以及其前后邻近两点插值获得局部升高的流水路径控制曲线；c、横向水波形骨架用幅度和频率随机变化的两个正弦波叠加定义，在横向水波骨架的波峰和波尾附近添加控制点，然后用样条曲线对它们分别插值便得到横向水波形状的曲线；d、散乱水波是零星分布在横向水波之间的水波，分成u状、s状和w状三类，u状用3个控制点，s状用4个控制点、w状用5个控制点定义出它们大致形状，再用样条曲线对这些控制点插值得到对应散乱波纹的具体形状。上述的当执行命令为瀑布时，启动瀑布生成程序，包括如下步骤a、用二次函数Di＝k×u2控制瀑布两边线各个点的距离，在视觉效果上模拟出瀑布的透视效果，系数k控制透视的程度，u为空间变量；b、瀑布横向水波骨架、横向水波形状与激烈水波中的横向水波骨架、横向波形状生成方法相同；c、瀑布散乱水波与激烈水波中的散乱水波生成方法相同。本专利技术所述卡通流水动画自动生成技术具有以下优点1.在手工绘制卡通动画中，若要表现不同流水速度，不同水波间距以及不同大小浪花的流水动画，需要全部重新绘制动画序列，用本专利技术通过参数控制即可方便快速地实现这些改变。2.用户只需要交互输入少量控制点和参数就可生成任意长度没有重复机械感的流水动画，且该方法生卡通流水速度达到实时。与手工绘制卡通流水动画相比，可大大提高卡通流水动画制作效率。3.该方法直接生成动画序列图像并保存起来，摆脱了手工绘制卡通流水动画对纸张的使用，从而节省大量纸张。附图说明图1是本专利技术的卡通流水动画自动生成流程图；图2是本专利技术的卡通平稳流水动画生成流程图；图3是本专利技术的卡通激烈流水动画生成流程图；图4是本专利技术的卡通瀑布动画生成流程图。具体实施例方式以下结合附图进一步说明本专利技术。本卡通流水动画自动生成流程如图1所示，该流程依次有如下步骤1.利用输入的流水类型平稳、激烈和瀑布指令控制平稳卡通流水、激烈卡通流水和卡通瀑布动画生成流程；2.交互设置流水路径；3.设置水波速度与水波间距；4.当所执行指令为平稳时，则生成平稳卡通流水动画；5.当所执行指令为激烈时，则生成激烈卡通流水动画；6.当所执行指令为瀑布时，则生成卡通瀑布动画；7.动画视频输出。上述的交互设置流水路径，包括如下步骤在卡通背景画面上输入少量控制点用于规定流水动画的路径边线大致形状。对输入控制点用样条曲线插值生成左右精确流水边线的两组点，放入两个数组LBDi和RBDi中，(i＝1，…BdN)，这里BdN是两个边线中包括控制点和插值点的总点数。利用两个数组的下标定义流水的前进参考方向。由于水波流动是通过边线上一些插值点的位移来实现的，所以在相邻控制点之间插值点的数量应该足够多以保证水波流动的连续性。在本方法中把插值点数的缺省值设为20供观查初始效果用，可根据实际需要修正该参数。上述的设置水波速度与水波间距，包括如下步骤水波速度用WSpeed表示。它控制水波在两相邻画面之间的沿边线的位移，在本专利技术方法中用流水路径边线上一些点所跨的距离来近似。例如把WSpeed指定为3，则水波从某画面到其下幅画面沿边线移动三个点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卡通流水动画自动生成方法，包括以下步骤：利用输入的流水类型平稳、激烈和瀑布指令控制平稳卡通流水、激烈卡通流水和卡通瀑布动画生成；基于样条曲线对交互输入控制点生成流水路径边线；设置水波速度和水波距离；当执行 指令为平稳时，则：生成横向水波骨架；生成纵向水波骨架并绘制其形状；生成顶部浪花；生成浪花边泡沫。　当执行指令为激烈时，则：控制流水路径位置分布产生透视效果；控制流水路径局部动态升高；　 　生成横向水波形骨架并绘制其形状；生成ｕ状、ｓ状和ｗ状三类散乱水波骨架并绘制其形状；当执行指令为瀑布时，则：控制瀑布路径点位置分布产生仰视透视效果；生成横向水波骨架并绘制其形状；生成ｕ状、ｓ状和ｗ 状三类散乱水波骨架并绘制其形状；动画视频输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于金辉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]