交互式角色动画中无限制级柔性骨骼蒙皮的实现

Abstract

近年来，随着数字技术突飞猛进的发展，动画作为一种信息载体活跃于各个领域，其中，多媒体产品中的交互式动画技术在各领域的应用更是越来越广泛，社会对多媒体的需求越来越大，自然对多媒体相关技术的要求也越来越高，如游戏、军事、地质、气候、航空等很多领域越来越倾向于实时状态下的交互性智能化模拟。在这种情况下，对交互性实时动画模拟的精度也就提出了越来越高的要求。其中，角色动画里的骨骼蒙皮技术是直接影响模拟程度的关键性因素。而目前广泛应用于实时模拟领域中的是以刚性节点为主的骨骼蒙皮技术。因此，以柔性节点为主的骨骼蒙皮技术已成为交互性三维角色动画的一个重要研究方向。 柔性蒙皮的皮肽不像刚性蒙皮那么僵硬，本文的目的就在于将长期应用于传统影视动画制作中的柔性蒙皮技术移植到交互领域中，即改变目前应用于交互领域中的角色几何体及其动画信息的数据结构，重新塑造一种信息文件的结构方式，使得在骨骼蒙皮的过程中，皮肤顶点受骨骼的影响值不会受到限制，达到真正意义上的柔性节点蒙皮，从而为交互状态下的角色动画提供一种新的动画解决方案。 本文在详细分析了交互领域中角色动画系统的框架及内部运行机制后，从项目的实际需要和Maya API平台的特点出发，设计了包括骨骼矩阵，皮肤权重，几何体的顶点、面片，动画片段等信息的骨骼模型文件系统及动画信息文件系统，并使用VC++、OpenGL、Maya API的相关技术来构建一个可控性的交互测试平台，然后编码实现基于Maya API平台的文件导出器捅件，以便自行设计的两个数据文件能够流畅地从Maya 中导出三维角色的模型，骨骼和动画的相关数据，最后编码实现文件装载器以录入数据到交互平台上，按照一定的算法策略，完成骨骼蒙皮模块，实现无限制级柔性节点骨骼蒙皮的实时渲染。 最后，本文对实验结果进行了比较和分析。柔性节点骨骼蒙皮的交互性实时渲染达到了诸如Maya，MAX等三维软件通过一定的渲染时间后所得到的非交互性的演示效果。