綿陽實時角色動畫技術(shù)大體可分為三種類型制作詳細說明
第3章3.1 前言角 色 “角色”一詞的源于戲劇，自1934年米德(G．H. Mead)首先運用角色的概念來說明個體在社會舞 臺上的身份及其行為以后，角色的概念被廣泛應(yīng)用于社會學(xué)與心理學(xué)的研究中。第3章 角色*23支， 是建模軟件、動畫制作軟件的必備功能，目前主要應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實，視頻游戲等領(lǐng)域。隨著計算機硬 件技術(shù)的發(fā)展，特別是具有硬件加速功能的顯卡性能的大幅度提高，實時渲染的角色動畫技術(shù)得到了 較快的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。目前，實時角色動畫技術(shù)大體可分為三種類型。
第一類是關(guān)節(jié)動畫(joint animation)--]。關(guān)節(jié)動畫中的角色模型由若干相互獨立的部分組成（ 見圖3.1）。每一部分對應(yīng)一個獨立的網(wǎng)格模型，對應(yīng)于某一個身體關(guān)節(jié)，不同的部分按照角色的身體 特征組織成一個層次結(jié)構(gòu)。比如，一個人體模型可以由頭、身體、右上臂、右小臂、右手、左上臂、 左小臂、左手、右大腿、右小腿、右腳、左大腿、左小腿、左腳等部分組成。而某個部分，可能是另 一個部分的子節(jié)點，同時又是另一個部分的父節(jié)點。通過改變不同關(guān)節(jié)之間的相對位移和夾角，就可 以實現(xiàn)各種動畫效果。
圖3.1 關(guān)節(jié)動畫組織結(jié)構(gòu)圖 關(guān)節(jié)動畫的優(yōu)點是：在動畫的每個關(guān)鍵幀中只需存儲關(guān)節(jié)之間的相對變化，因此動畫文件需要的 存儲空間很小。缺點是：在關(guān)節(jié)之間的連接處往往會有明顯的接縫，這會對模型的真實感造成嚴重影 響。目前關(guān)節(jié)動畫的應(yīng)用范圍主要集中在輔助教學(xué)領(lǐng)域。
第二類是關(guān)鍵幀動畫(key-frame animation)也叫頂點動畫(vertex animation)‘3)。這種動畫的 角色模型由一系列的漸變網(wǎng)格構(gòu)成，并在動畫序列的每一個關(guān)鍵幀中記錄著每個頂點的當前位置信息 。通過在相鄰關(guān)鍵幀之間差值來更新網(wǎng)格模型中頂點的位置就可以實現(xiàn)動畫效果。相對于關(guān)節(jié)動畫， 關(guān)鍵幀動畫不存在關(guān)節(jié)動畫的接縫問題，角色也更逼真，并且由于頂點的位置是直接獲得的，相對于 關(guān)節(jié)動畫其計算量也很小。但是，這類動畫的靈活性很差，很難使角色實時地與環(huán)境進行交互。另一 方面，由于關(guān)鍵幀中要存儲所有頂點的信息，動畫文件白勺存儲空間很大。目前，關(guān)鍵幀動畫的主要 應(yīng)用對象是一些頂點數(shù)目有限的角色模型，并且需要的動畫單一，比如游戲中的小動物等，此時用不 大的空間開銷來換取計算時間的節(jié)省，是比較有效的方法。
第三類是骨骼動畫( skeletal animation)。骨骼動畫可以看做是關(guān)節(jié)動畫和關(guān)鍵幀動畫的結(jié)合， 同時兼有關(guān)節(jié)動畫的靈活多變和關(guān)鍵幀動畫的自然逼真。接下來將詳細介紹骨骼蒙皮動畫的技術(shù)細節(jié) 。 24 *數(shù)，?。簞赢媱?chuàng)作與后期視頻處理技術(shù)*3.2.2 骨骼動畫原理 骨骼動畫的實現(xiàn)思路是從人身體的運動方式而來的，它基于面模型的方法把角色建模分為兩層： 骨架層( skeleton layer)和皮膚層(skin layer)。與基于層次式模型方法不同，骨骼動畫建模不考慮 中間的脂肪層( fat layer)和肌肉層(muscle layer)。 骨骼層描述了角色的骨架結(jié)構(gòu)(見圖3.2(a))。類似于關(guān)節(jié)動畫中的關(guān)節(jié)。骨骼動畫中的骨骼按照 角色的身體特征組成一個層次結(jié)構(gòu)。相鄰的骨骼通過關(guān)節(jié)相連，并且可以做相對的運動。通過改變相 鄰骨骼間的夾角、位移，組成角色的骨骼就可以通過影響外面的皮膚層模擬出不同的動作，從而實現(xiàn) 各種動畫效果。
(a) (b) 圖3.2 骨骼動畫的骨骼結(jié)構(gòu)圖(f1)和角色模型圖(b) 蒙在骨骼之上的皮膚層，本質(zhì)上是一個蒙皮( skin)模型(見圖3.2(b))，它提供動畫繪制所需要的 幾何模型信息，定義了角色的外觀。這里的皮膚不是固定不變的剛性網(wǎng)格，而是可以在骨骼影響下自 由變形的網(wǎng)格。類似于關(guān)鍵幀中的頂點網(wǎng)格，每個角色模型只保存一個網(wǎng)格模型的數(shù)據(jù)；而不同于關(guān) 鍵幀動畫，動畫文件不需要為每個關(guān)鍵幀保存頂點信息。
3.2.3 骨骼動畫創(chuàng)建 骨骼動畫的創(chuàng)建過程其實就是預(yù)處理的過程，這一過程是由美術(shù)創(chuàng)作荇完b1：；的，必要的時候 可能會分別由3D建模工程師和3D動畫工程師分別完成模型構(gòu)建和動i田陸g作丁作。同時，也需要跟程 序開發(fā)者有良好的溝通，比如模型的骨架層次定義、模型子1叼格劃分等。下面就對模型構(gòu)建和動畫制 作分別予以討淪。這里儀研究骨骼動i面技術(shù)，計1<涉硬動1研領(lǐng)域的藝術(shù)，l㈠：問題，簡單說明美術(shù) 創(chuàng)作者的丁作性質(zhì)也是為了便于討淪骨骼動1DI Di涉故的原始數(shù)據(jù)構(gòu)成。方便對骨骼動i畫有完整的理 解。
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