蒙皮約束下的動畫角色模型分割方法

吳昊霖+艾香君

摘 要：動畫角色內(nèi)數(shù)據(jù)在反復(fù)應(yīng)用之后，動畫制作質(zhì)量及效率可以顯著提升，為人們提供多樣化角色類型。按照模型數(shù)據(jù)應(yīng)用流程，動畫角色存在網(wǎng)格分割問題，筆者提出了蒙皮約束下分割方式，通過蒙皮信息運動有關(guān)性，按照動畫角色數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，預(yù)分割之后對分割進(jìn)行調(diào)整，從而對切口完善，構(gòu)建與動畫角色相適應(yīng)的網(wǎng)格部件。

關(guān)鍵詞：動畫角色；網(wǎng)格分割；蒙皮約束

中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-5312（2017）20-0119-01

計算機圖形學(xué)在進(jìn)行幾何處理內(nèi)，最為重要內(nèi)容為模型分割技術(shù)。模型分割技術(shù)是大部分研究工作開展基礎(chǔ)條件，例如網(wǎng)格變形、網(wǎng)格壓縮、紋理映射。模型分割技術(shù)屬于共性問題，研究人員在上世紀(jì)90年代之后進(jìn)行了大量分析研究。部件分割應(yīng)用主要作用構(gòu)建實體模型，借助現(xiàn)有三維模型，將所需要的部件進(jìn)行分割，替代正在制作所應(yīng)用到的模型。三維角色模型在動畫角色內(nèi)應(yīng)用，可以對角色模型進(jìn)行分割，建模效率顯著提升，可以有效解決角色多元化問題。

一、骨骼與蒙皮預(yù)分割策略

（一）子樹選擇法

動畫角色內(nèi)重要組成部分為骨骼，和三維網(wǎng)格模型相比較，具有十分顯著語義特點，在骨骼內(nèi)屬于從屬關(guān)聯(lián)，一般應(yīng)用樹木方式表現(xiàn)出來，如圖1所示。犀牛骨骼借助立方體線框表現(xiàn)，圖一左側(cè)為犀牛骨骼子樹，樹節(jié)點通過bone表示①。

（二）蒙皮權(quán)重對選擇頂點的影響

蒙皮作為動畫技術(shù)，是以模型定點骨骼變化之后所受到的影響，模型定點受到骨骼變化約為顯著，骨骼蒙皮所受到的約束信息也就越多，關(guān)節(jié)運動會受到骨骼之間所造成的影響。上腿骨影響內(nèi)，頂點顏色要是越淺，所受到的蒙皮約束信息越少。

根據(jù)骨骼選擇頂點結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，頂點在選擇完畢之后，正常情況下，頂點集合內(nèi)并不包含角色部件，所受到的拓?fù)錀l件十分有限，大部分情況下存在孤立線、孤立點及孤立面。不同定點之間或者采取低連通方式，或者是采取橋梁連接。模型網(wǎng)格切割要是具有較多缺口，為后期部件重新在角色內(nèi)應(yīng)用就造成嚴(yán)重影響。在這種情況下，就需要對模型網(wǎng)格預(yù)分割之后，對不同頂點優(yōu)化求解，保證骨骼頂點具有充足拓?fù)浼s束，同時降低缺口環(huán)數(shù)量，保證網(wǎng)格劃分規(guī)則更加圓滑②。

二、拓?fù)湟?guī)則及優(yōu)化目標(biāo)

（一）拓?fù)浼s束

模型網(wǎng)格預(yù)分割處理之后，頂點可以有效集合，按照頂點三維網(wǎng)格集合可知，網(wǎng)格必須具有角色部件所應(yīng)該遵守的拓?fù)湟?guī)則。模型網(wǎng)格全部頂點在連接之后，任何一個頂點都屬于三面頂點，模型雖然不是完全封閉，但是只有一個缺口環(huán)。

三維網(wǎng)格要是為全封閉，任何頂點都應(yīng)該具有兩個平面，進(jìn)而在預(yù)分割處理之后，三維網(wǎng)格內(nèi)會出現(xiàn)只具有一個平面或者是沒有平面頂點，造成網(wǎng)格分離。所以，這就需要對模型網(wǎng)格內(nèi)所存在的缺口進(jìn)行了解，要是缺口屬于連接幻環(huán)狀，切口就與拓?fù)湟笙辔呛稀?/p>

蒙皮信息具有連續(xù)性特征，正常情況下，環(huán)狀切口在向外延伸之后，會出現(xiàn)少量點集，或者是產(chǎn)生多余缺口換。在這種情況下，缺口頂點及邊在轉(zhuǎn)變之后，可以通過計算方式對該問題解決，主要作用是減少多余點集數(shù)目，同時對缺口環(huán)進(jìn)行修補。在進(jìn)行計算內(nèi)，主要采取連通集算法及檢測橋算法。在進(jìn)行切割內(nèi)，所產(chǎn)生的缺口相對較小，進(jìn)而不會出現(xiàn)孤島情況，計算也十分簡單③。

（二）優(yōu)化目標(biāo)

犀牛節(jié)點在經(jīng)過規(guī)則處理之后，犀牛右后腿網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有效完善。在犀牛關(guān)聯(lián)網(wǎng)格內(nèi)，可以發(fā)現(xiàn)犀牛平面內(nèi)存在十分顯著凸起或者是凹陷問題，對犀牛平面邊緣平滑造成嚴(yán)重影響。隨機選擇三個頂點對平面凹度分析，主要具有三種情況進(jìn)行調(diào)整：

首先，凹度要是小于180度，頂點構(gòu)建三角形，平面凸起，通過去除其中一個頂點，就可以有效對該問題解決；其次，凹度要是小于180度，頂點并未構(gòu)成三角形，屬于平面凹陷，通過連接兩個頂點，就可以有效對該問題解決；最后，凹度要是大于180度，頂點并未構(gòu)成三角形，可以通過對頂點分析之后連接全新三角形，判斷平面是否為凸起④。

三、結(jié)論

按照蒙皮信息預(yù)分割處理之后，然后在借助拓?fù)溥M(jìn)行判斷，對切口進(jìn)行優(yōu)化，保證三維網(wǎng)格模型與角色部件相吻合。該種方法現(xiàn)階段在游戲公司動畫角色部件內(nèi)廣泛應(yīng)用，但是由于蒙皮制作還存在一定問題，需要進(jìn)一步完善。

注釋：

①儲曉麗，李琳，譚劍波.面向3D打印機的活動關(guān)節(jié)快速生成方法[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，06：679-682+768.

②李琳，陶濤，劉曉平.層次結(jié)構(gòu)導(dǎo)向下的動畫角色模型分割與標(biāo)記[J].中國圖象圖形學(xué)報，2014，06：955-963.

③趙智，戴禎杰.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)VT的角色模型與動畫的導(dǎo)出和導(dǎo)入方法[J].大學(xué)教育，2014，18：108-109.

④潘翔，童偉淮，張三元，鄭河榮.結(jié)合語義本體與泊松方程的動畫角色模型分割[J].浙江大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2015，09：1634-1641.endprint