論面向數(shù)據(jù)融合計(jì)算的動(dòng)畫(huà)角色處理平臺(tái)

摘 要：伴隨信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日新月異，動(dòng)畫(huà)角色已被廣泛應(yīng)用于媒體藝術(shù)創(chuàng)作當(dāng)中。文章主要針對(duì)動(dòng)畫(huà)角色網(wǎng)格和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)融合計(jì)算構(gòu)建的動(dòng)畫(huà)角色處理平臺(tái)，此平臺(tái)支持多格式的模型數(shù)據(jù)，且集合有效的可擴(kuò)展算法庫(kù)模塊，創(chuàng)建的經(jīng)典算法調(diào)用和編輯接口完全共享，有利于用戶對(duì)算法進(jìn)行更深的研究應(yīng)用及開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)融合計(jì)算；處理平臺(tái)；三維動(dòng)畫(huà)；動(dòng)畫(huà)角色

0 引言

動(dòng)畫(huà)行業(yè)的發(fā)展已成為當(dāng)今信息科技進(jìn)步的重要體現(xiàn)。在動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程中，動(dòng)畫(huà)角色處理一般應(yīng)用三維建模軟件。當(dāng)前，各種三維建模軟件被廣泛運(yùn)用到行業(yè)中，然而此類建模軟件更多適用于機(jī)械設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)動(dòng)畫(huà)角色建模和算法設(shè)計(jì)不全面。目前，在動(dòng)畫(huà)角色處理方面，應(yīng)積極開(kāi)發(fā)底層平臺(tái)。本文設(shè)計(jì)了面向數(shù)據(jù)融合計(jì)算的動(dòng)畫(huà)角色處理平臺(tái)，平臺(tái)用戶擁有較大權(quán)限，實(shí)現(xiàn)了資源共享，便于用戶使用研究。

1 平臺(tái)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)融合計(jì)算的動(dòng)畫(huà)角色不止編輯動(dòng)畫(huà)角色的數(shù)據(jù)信息，還要其他圖形算法輔助完成。時(shí)下存在的動(dòng)畫(huà)角色模型編輯的建模軟件大多密封了底層實(shí)現(xiàn)過(guò)程，用戶難以直接在其上設(shè)計(jì)動(dòng)畫(huà)角色的處理算法。而動(dòng)畫(huà)角色處理平臺(tái)的設(shè)計(jì)架構(gòu)圖，基于動(dòng)畫(huà)角色數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式，設(shè)計(jì)了對(duì)三維角色動(dòng)畫(huà)模型的支持，并開(kāi)發(fā)了儲(chǔ)存動(dòng)畫(huà)角色信息的格式文件，應(yīng)用一般建模軟件的導(dǎo)出功能，降低了對(duì)模型文件格式的依賴，避免了大多數(shù)模型軟件繁雜的信息，提升了平臺(tái)的利用率。

目前，在動(dòng)畫(huà)角色的處理課題研究中，大部分建模軟件采用穩(wěn)定算法，用戶想二次開(kāi)發(fā)自己的算法，實(shí)屬不易。針對(duì)動(dòng)畫(huà)角色的融合計(jì)算特性，集合可擴(kuò)展的算法庫(kù)功能，給予大量經(jīng)典算法支持，可使用戶自行添加，提升算法的開(kāi)發(fā)進(jìn)度。如圖1所示。

2 動(dòng)畫(huà)角色的數(shù)據(jù)表示

此平臺(tái)主要應(yīng)用于動(dòng)畫(huà)角色的處理，以骨架的角色動(dòng)畫(huà)為基礎(chǔ)，使網(wǎng)格表面的點(diǎn)連接到骨架結(jié)構(gòu)中，由骨架的運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)網(wǎng)格變形。動(dòng)畫(huà)角色由以下三個(gè)要素組成：第一，三維模型表現(xiàn)角色外形及外表細(xì)節(jié)。第二，骨骼模型和動(dòng)作序列表現(xiàn)角色運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。第三，表現(xiàn)網(wǎng)格模型及骨骼模型之間的映射關(guān)系。

2.1 網(wǎng)格數(shù)據(jù)表示

三維模型由線框模型、表面網(wǎng)格模型和實(shí)體模型組成。網(wǎng)格模型只儲(chǔ)存物體主要可視信息，信息存儲(chǔ)量較小，繪制和處理速度比實(shí)體模型快，但可視信息比線框模型多。動(dòng)畫(huà)角色模型應(yīng)用網(wǎng)格數(shù)據(jù)形式表達(dá)，運(yùn)營(yíng)和網(wǎng)格表面頂點(diǎn)集合的繪制結(jié)合貼圖渲染，獲得的畫(huà)面真實(shí)感較強(qiáng)。

2.2 運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)表示

動(dòng)畫(huà)角色模型骨架的數(shù)據(jù)采用運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)表達(dá)，該運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)一般由旋轉(zhuǎn)矩陣、歐拉角和四元數(shù)表達(dá)。動(dòng)畫(huà)角色處理平臺(tái)對(duì)這三種結(jié)構(gòu)都給予數(shù)據(jù)支持，用戶可自行挑選想要的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式。這三種表現(xiàn)形式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，且彼此可相互轉(zhuǎn)化。矩陣表示底層運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并提供運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化接口，方便用戶找到需要的數(shù)據(jù)。

2.3 蒙皮數(shù)據(jù)表示

蒙皮數(shù)據(jù)鏈接骨架動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)網(wǎng)格通道。骨架運(yùn)動(dòng)隨著時(shí)間軸的移動(dòng)經(jīng)過(guò)蒙皮使得每個(gè)頂點(diǎn)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的位置變化信息，導(dǎo)致網(wǎng)格變形，進(jìn)而形成動(dòng)畫(huà)。蒙皮數(shù)據(jù)的重心是權(quán)重表，它存儲(chǔ)著每根骨架對(duì)網(wǎng)格各頂點(diǎn)的約束比重。權(quán)重表由權(quán)重項(xiàng)構(gòu)成，它涵蓋影響當(dāng)前頂點(diǎn)的各骨骼信息以及對(duì)應(yīng)的約束權(quán)重，如表1所示。

2.4 外部存儲(chǔ)形式

網(wǎng)格數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)、蒙皮約束數(shù)據(jù)相結(jié)合構(gòu)成動(dòng)畫(huà)角色模型，與3DSMAX建模軟件有異曲同工之妙，可實(shí)現(xiàn)對(duì)單一數(shù)據(jù)的基本處理。但綜合來(lái)看，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的隱蔽性會(huì)阻礙相應(yīng)算法的設(shè)計(jì)。對(duì)于強(qiáng)化平臺(tái)支持動(dòng)畫(huà)角色的設(shè)計(jì)，不止對(duì)普通的3D文件提供支持，還設(shè)計(jì)專用存儲(chǔ)動(dòng)畫(huà)角色的VCC文件格式，連同3Ds MAX的導(dǎo)出插件也被開(kāi)發(fā)，支持動(dòng)畫(huà)角色的數(shù)據(jù)共享。

3 可擴(kuò)充算法庫(kù)

在研究動(dòng)畫(huà)角色的過(guò)程中，有很多經(jīng)典的研究分析和算法解決。當(dāng)下，對(duì)動(dòng)畫(huà)角色單一基礎(chǔ)問(wèn)題的研究分析很少，且沒(méi)有什么創(chuàng)造性。例如，一些建模軟件融合經(jīng)典的圖形學(xué)算法，但底層的數(shù)據(jù)和算法被封閉，用戶不能獲得更多的資源，使得計(jì)算過(guò)程不得不終止，這勢(shì)必影響最終的研究設(shè)計(jì)成果。另外，在動(dòng)畫(huà)角色的處理過(guò)程中，用戶還存在對(duì)比其他算法、復(fù)制其他算法的現(xiàn)象。針對(duì)以上情況，此平臺(tái)推出可擴(kuò)充算法庫(kù)，集合大量的算法，如測(cè)地線計(jì)算、運(yùn)動(dòng)系列歸一化處理、網(wǎng)絡(luò)特征計(jì)算的曲率計(jì)算，滿足用戶設(shè)計(jì)研究的需求。

4 動(dòng)畫(huà)角色處理平臺(tái)界面

動(dòng)畫(huà)角色處理平臺(tái)應(yīng)用MFC作為UI的設(shè)計(jì)工具，通過(guò)Open-GL來(lái)渲染場(chǎng)景，多種風(fēng)格的動(dòng)畫(huà)角色模型都可在此平臺(tái)操作，并支持動(dòng)畫(huà)的模型效果。平臺(tái)的構(gòu)建為動(dòng)畫(huà)角色的處理提供可靠依據(jù)，為動(dòng)畫(huà)角色的網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)動(dòng)融合計(jì)算奠定基礎(chǔ)，并完成網(wǎng)格分割及運(yùn)動(dòng)歸一化算法的效果圖，從而證實(shí)在動(dòng)畫(huà)角色處理平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合計(jì)算應(yīng)用設(shè)計(jì)的可行性。

5 結(jié)束語(yǔ)

關(guān)于動(dòng)畫(huà)角色處理的設(shè)計(jì)和研究在各個(gè)領(lǐng)域如火如荼地進(jìn)行。為迎合、鼓勵(lì)更多的設(shè)計(jì)者積極參與研究動(dòng)畫(huà)角色的處理，且針對(duì)動(dòng)畫(huà)角色模型的數(shù)據(jù)融合計(jì)算應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了算法設(shè)計(jì)的平臺(tái)。整個(gè)平臺(tái)透明化支持多格式的底層數(shù)據(jù)表達(dá)，設(shè)計(jì)了可擴(kuò)展和調(diào)用的經(jīng)典算法庫(kù)，為用戶進(jìn)行動(dòng)畫(huà)角色的處理創(chuàng)造了更多有利條件，有效地促進(jìn)了動(dòng)畫(huà)角色處理和算法設(shè)計(jì)的進(jìn)程。

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作者簡(jiǎn)介：張成良（1983—），男，河南新野人，碩士研究生，助教，南陽(yáng)師范學(xué)院軟件學(xué)院專任教師，研究方向：數(shù)字媒體藝術(shù)，影視特效，影視欄目包裝，三維動(dòng)畫(huà)制作，影視攝影，建筑表現(xiàn)。