一种三维物体造型方法和计算机动画和游戏角色制作方法技术

本发明专利技术涉及三维物体造型方法和动画、游戏角色制作方法，其采用轴映射模型来描述三维物体的造型，在该模型中，三维物体初始表面覆盖由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成的网格并且设立贯穿三维物体的轴线，由于在样条曲线关键点与轴线之间建立起固定的相对位置映射关系，因此当直接或间接改变轴线的空间位置和／或形状时，可根据相对位置映射关系确定关键点新的位置，进而根据关键点新的位置确定其所属样条曲线的形状和位置，最终获得轴线变化后三维物体的造型。本发明专利技术的方法充分利用了轴映射模型简洁方便的特点，因此可提高动画设计和游戏制作的直观性和简易性，允许对三维造型作重复的“尝试”和修改，并为模型数据的简化和有序性提供了方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机图形处理方法，特别涉及一种快速、高效地对三维物体的动作和变形过程进行造型的方法以及利用该造型方法的计算机动画和游戏角色制作方法。
技术介绍
在三维动画创作中，随着情节的发展，每个动画角色(比如一个人或动物)往往将发生一系列的动作或变形，为此需要对处于不同时刻的动画角色进行三维造型，该项工作在整个动画创作工作量中占有相当大的比例。传统的三维造型方法是首先建立一个三维造型或造型组合(假设以a命名)来表示一个动画角色，然后对造型或造型组合a或a的一部分进行修改，从而形成一系列在外观上与a相似的三维造型(假设以b、c、d等命名)，最后通过在不同的时间内用不同的造型a、b、c、d来刻画角色，从而随故事情节的发展为动画角色赋予不同的动作和变形。由于除外观相似外，表示一个动画角色不同动作和变形的一系列三维造型之间实质上没有内在联系，因此不容易做到动作和变形的自然和平滑；另外，采用孤立而无联系的多个造型来表示动画角色的变形和动作将占有大量计算机资源；最后，这种方法在操作上比较麻烦，无法使设计人员从大量简单机械的操作中脱离出来，专注于设计和创意。近年来，国外开发的新技术(如骨骼技术和动作捕捉技术)为动画创作提供了新的实现途径。在骨骼技术中，计算机根据动画角色的结构和动力学特征定义由一系列简单几何模型构成的骨骼，然后将表示动画角色的三维造型(一般为网格造型)与骨骼相互对齐和绑定，通过外部动作捕捉技术使外部对象运动带动骨骼运动，再由骨骼带动三维造型一起运动，从而形成一系列的动作。骨骼技术能够很好地控制所对应三维造型的动作和模仿动画角色的动力学特征，并且不需要制作一系列的三维造型来模拟动画角色动作。另外，骨骼技术可以实现动作与三维造型的分离，从而为动作的重用提供可能。但是骨骼技术存在许多欠缺之处首先，骨骼技术没有考虑动画角色的变形，而且用骨骼技术提供的机制来实现变形比较困难；其次，由于造型通常有大量交错纷杂的点构成，因此要将这些点按照要求与骨骼的相应部分一一对应不太容易，从而导致骨骼与三维造型(通常为网格)的对齐和绑定操作比较麻烦；还有，骨骼技术控制三维造型点的方式对造型的形状及其平滑性可能会产生很大的影响，比如人体作弯腰动作时，骨骼后部各部分的距离增大，从而造成三维造型后部的不平滑。动作捕捉技术以骨骼技术为基础，依赖于昂贵的硬件设备，因此成本比较高，而且外部动作捕捉限制了设计人员在造型时的自由度(比如对造型作艺术上的涂涂改改和随意绘制其想象中的各种造型)，不利于设计人员发挥其创造性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三维物体造型方法，其可以灵活、简捷地实现动态三维物体的造型，并且无需占用过多的计算机资源。本专利技术的上述目的通过下列技术方案实现一种基于线映射方式的动态三维物体造型方法，包含以下步骤生成覆盖三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿三维物体的轴线，所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成，每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置；建立所述关键点与轴线之间的相对位置映射关系；当所述轴线的空间位置和/或形状发生变化时，根据所述相对位置映射关系确定所述关键点的位置；根据所述关键点的位置确定其所属样条曲线的形状和位置从而完成轴线变化后三维物体的造型。本专利技术的上述目的还通过下列技术方案实现一种基于体映射方式的动态三维物体造型方法，包含以下步骤生成覆盖三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿三维物体的轴线，所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成，每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置；建立所述关键点与轴线之间的第一相对位置映射关系；生成至少一个包含有所述关键点的几何体并建立所述轴线与几何体之间的第二相对位置映射关系；当所述几何体的空间位置和/或形状发生变化时，根据所述第二相对位置映射关系确定所述轴线的空间位置和/或形状；根据所述第一相对位置映射关系确定所述关键点的位置；根据所述关键点的位置确定其所属样条曲线的形状和位置从而完成轴线变化后三维物体的造型。本专利技术的目的是提供一种计算机动画和游戏角色的造型方法，其可以灵活、简捷地实现动画角色在动作和变形过程中的造型。本专利技术的上述目的通过下列技术方案实现一种基于线映射方式的计算机动画和游戏角色制作方法，包含以下步骤将动画角色初始造型划分为若干三维物体；生成覆盖每个三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿该三维物体的轴线，所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成，每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置；建立每个三维物体内所述关键点与轴线之间的相对位置映射关系；改变至少一个三维物体的轴线的空间位置和/或形状以获得一组处于不同状态的轴线；根据轴线状态发生变化的三维物体的相对位置映射关系确定其关键点在每个状态下的位置；对于轴线状态发生变化的三维物体，根据每个状态下所述关键点的位置确定其所属样条曲线在该状态下的形状和位置从而获得动画角色在动作和变形过程中的一组造型。本专利技术的上述目的还通过下列技术方案实现一种基于体映射方式的计算机动画和游戏角色制作方法，包含以下步骤将动画角色初始造型划分为若干三维物体；生成覆盖每个三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿该三维物体的轴线，所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成，每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置；对于每个三维物体，建立所述关键点与轴线之间的第一相对位置映射关系；对于每个三维物体，生成至少一个包含有所述关键点的几何体并建立所述轴线与几何体之间的第二相对位置映射关系；改变至少一个三维物体的几何体的空间位置和/或形状以获得一组处于不同状态的几何体；根据第二相对位置映射关系确定其轴线在每个状态下的空间位置和/或形状；根据第一相对位置映射关系确定关键点在每个状态下的位置；根据每个状态下所述关键点的位置确定其所属样条曲线在该状态下的形状和位置从而获得动画角色在动作和变形过程中的一组造型。本专利技术的上述目的还通过下列技术方案实现一种基于线映射方式和体映射方式的计算机动画和游戏角色制作方法，包含以下步骤将动画角色初始造型划分为若干三维物体；生成覆盖每个三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿该三维物体的轴线，所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成，每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置；对于每个三维物体，建立所述关键点与轴线之间的第一相对位置映射关系；对于至少一个三维物体，生成至少一个包含有所述关键点的几何体并建立所述轴线与几何体之间的第二相对位置映射关系；改变三维物体的轴线或几何体的空间位置和/或形状以获得一组处于不同状态的轴线或几何体；根据几何体状态发生变化的三维物体的第二相对位置映射关系确定其轴线在每个状态下的空间位置和/或形状；根据第一相对位置映射关系确定关键点在每个状态下的位置；根据每个状态下所述关键点的位置确定其所属样条曲线在该状态下的形状和位置从而获得动画角色在动作和变形过程中的一组造型。比较好的是，在上述方法中，所述轴线平行于纬度方向或经度方向，并且每个关键点与其在轴线上的投影点的连线垂直于轴线。比较好的是，在上述方法中，所述关键点为样条曲线的控制点、型值点或插值点中的至少一种。本专利技术的上述三维造型方法和动画角色制作方法充分利用了轴映射模型简洁方便的特点，可以提高动画设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线映射方式的动态三维物体造型方法，其特征在于，包含以下步骤：生成覆盖三维物体初始表面的网格并设立一条贯穿三维物体的轴线，所述网格由若干条沿经度和纬度方向的样条曲线交织组成，每条所述样条曲线由关键点决定其形状和位置；建 立所述关键点与轴线之间的相对位置映射关系；当所述轴线的空间位置和／或形状发生变化时，根据所述相对位置映射关系确定所述关键点的位置；根据所述关键点的位置确定其所属样条曲线的形状和位置从而完成轴线变化后三维物体的造型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪有林，李仕，杨风雷，
申请(专利权)人：上海景海软件科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]