黃婉陽(yáng)

摘 要：本文介紹了二維角色構(gòu)件化、hsf簡(jiǎn)介及人體動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成。對(duì)人體動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成的流程進(jìn)行分析，最后給出了構(gòu)件化二維人體動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成的實(shí)現(xiàn)方式。

關(guān)鍵詞：中職；二維角色構(gòu)件化；制作

一、二維角色構(gòu)件化

1.角色構(gòu)件化分析

建立角色模型是動(dòng)畫(huà)制作的基礎(chǔ)，二維動(dòng)畫(huà)亦是如此。參照人體建模標(biāo)準(zhǔn)H-Anim，將整個(gè)實(shí)體看作一個(gè)分層結(jié)構(gòu)，由一定數(shù)量的骨段構(gòu)成，如手臂、腳、腿等，段與段之間借助關(guān)節(jié)相連如肘、髖、腳踝、手腕等，并且除腰骨段之外，其它每個(gè)連接點(diǎn)都是另外一個(gè)連接點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含豐富的信息，如段的長(zhǎng)度、質(zhì)量、尺寸及關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍等。

由動(dòng)畫(huà)的制作流程可以知道，二維動(dòng)畫(huà)畫(huà)面本質(zhì)上就是由多幅二維圖像組合而成的一幅二維圖像。二維人體也是一張二維圖像，結(jié)合上面的人體結(jié)構(gòu)分析，可以將一個(gè)二維人體構(gòu)件分成多個(gè)類似骨段的元件。這樣只要選擇相應(yīng)的人體元件序列，然后將元件序列用關(guān)節(jié)點(diǎn)連接即可將元件重組得到人體構(gòu)件。只要通過(guò)人體對(duì)各個(gè)元件自由度進(jìn)行控制，即可得到不同的人體姿態(tài)，序列不同人體姿態(tài)的連續(xù)播放即人體動(dòng)畫(huà)。

2.二維動(dòng)畫(huà)人體結(jié)構(gòu)分析

人體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一個(gè)完整的人體是由多個(gè)部位組成的。參照傳統(tǒng)三維動(dòng)畫(huà)中人體組成方式，一般人體結(jié)構(gòu)是由頭部、軀干、上肢、下肢組成。再進(jìn)一步細(xì)分后頭部由頭和頸部組成，軀干有臀部、腹部、胸部組成，上肢由左右兩邊的手掌、手指、前臂、上臂組成，下肢由左右兩邊的腳踝、腳掌、小腿、大腿組成。由于二維動(dòng)畫(huà)與三維動(dòng)畫(huà)風(fēng)格的不同，二維動(dòng)畫(huà)對(duì)角色的真實(shí)感要求較弱，因此可以對(duì)二維人體結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化和改變，如將頭和頸部結(jié)合，將胸部與腹部結(jié)合，將手掌手指合二為一等，簡(jiǎn)化后的人體結(jié)構(gòu)包含15部分，分別是頭、軀干、腰、左（右）上臂、左（右）前臂、左（右）手、左腳、左（右）大腿、左（右）小腿、左（右）腳?；诖思纯煞謩e建立與之相對(duì)應(yīng)的二維人體元件庫(kù)，為個(gè)性化人體構(gòu)件的生成提供條件。

3.二維人體特征點(diǎn)的分布

每個(gè)角色都有著高矮胖瘦及服裝款式大小的差別，所以角色定義非常復(fù)雜。即便如此，所有角色還是具有共性的，可以尋找一種角色共性描述的語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行角色定義。結(jié)合項(xiàng)目需求，及角色對(duì)象本身的特點(diǎn)，本著在用盡量少的關(guān)節(jié)表現(xiàn)盡量多動(dòng)作的原則下，在角色模型上定義了14個(gè)特征點(diǎn)，分為8種，分別是頸接點(diǎn)（1）、肩接點(diǎn)（2）、肘接點(diǎn)（2）、手接點(diǎn)（2）、腰接點(diǎn)（1）、髖接點(diǎn)（2）、膝接點(diǎn)（2）、腳接點(diǎn)（2）。由于人體的對(duì)稱性，所以除頸接點(diǎn)與腰接點(diǎn)數(shù)目為1以外，其它接點(diǎn)數(shù)均為2。

二、hsf簡(jiǎn)介

ASF與AMC是由卡內(nèi)基梅隴大學(xué)人體運(yùn)動(dòng)圖形所提出來(lái)的數(shù)據(jù)格式，其中ASF文件記錄的是人體的骨架信息，AMC文件記錄的人體自由度的變化信息。參照ASF-AMC標(biāo)準(zhǔn)，本文利用兩個(gè)文件對(duì)二維人體進(jìn)行控制，其中一個(gè)文件記錄人體構(gòu)件的結(jié)構(gòu)信息，另一個(gè)文件記錄人體構(gòu)件各元件自由度的變化信息，兩者分別命名為hsf文件和hxm文件。本節(jié)主要對(duì)hsf文件進(jìn)行介紹，hxm文件將在下節(jié)介紹，該文件中主要是記錄了基于特征點(diǎn)的二維人體的結(jié)構(gòu)信息。

1.hsf文件內(nèi)容

hsf文件主要存儲(chǔ)人體構(gòu)件的結(jié)構(gòu)信息，即與元件位置相關(guān)的各類特征點(diǎn)信息。文件中數(shù)據(jù)信息的記錄順序?yàn)閺闹虚g到兩邊，自上而下，先左后右，即首先軀干關(guān)節(jié)鏈，然后左右上肢關(guān)節(jié)鏈，左右下肢關(guān)節(jié)鏈，每個(gè)關(guān)節(jié)鏈內(nèi)部都是從父骨段到子骨段。在hsf文件中，每個(gè)骨段的數(shù)據(jù)信息占一行。

2.hxm文件

人體動(dòng)畫(huà)主要分為表情動(dòng)畫(huà)和骨骼動(dòng)畫(huà)，人體運(yùn)動(dòng)控制屬于骨骼動(dòng)畫(huà)。人體骨架關(guān)鍵姿態(tài)由各關(guān)節(jié)位置和旋轉(zhuǎn)角度唯一確定，只要對(duì)人體骨架的姿態(tài)進(jìn)行控制，即可實(shí)現(xiàn)人體的運(yùn)動(dòng)控制。例如人體步行動(dòng)作，可以通過(guò)控制一個(gè)步行周期內(nèi)人體各關(guān)節(jié)位置與旋轉(zhuǎn)角度得到人體步行姿態(tài)序列，連續(xù)多個(gè)周期步行姿態(tài)序列即可構(gòu)成人體步行動(dòng)畫(huà)片段。

3.人體構(gòu)件自由度分析

三維空間中，人體關(guān)節(jié)一般會(huì)有旋轉(zhuǎn)和平移兩類自由度，每個(gè)自由度的變化空間為一個(gè)由X軸、Y軸和Z軸構(gòu)成的三維立體空間。與三維動(dòng)畫(huà)相比，二維動(dòng)畫(huà)的變化范圍限定在由X軸和Y軸構(gòu)成的二維空間即平面內(nèi)，所以二維人體角色的自由度的變化范圍也受到一定限制。參照三維人體自由度的概念，以及人體動(dòng)畫(huà)本身的特點(diǎn)，我們?yōu)槎S人體關(guān)節(jié)引入長(zhǎng)度和旋轉(zhuǎn)角度兩個(gè)自由度。本文中二維人體構(gòu)件是由15個(gè)元件構(gòu)成的，每個(gè)元件都有長(zhǎng)度、旋轉(zhuǎn)角度二個(gè)自由度，一共有30個(gè)自由度，比三維動(dòng)畫(huà)中人體角色的200多個(gè)自由度要少的多。

4.hxm文件內(nèi)容

參照ASF-AMC標(biāo)準(zhǔn)，我們使用hxm文件來(lái)記錄人體各元件的自由度變化信息。與hsf文件類似，為了增強(qiáng)人體自由度描述信息的適用性，一律采用相對(duì)值記錄方式。hxm文件以行為單位，先后記錄人體構(gòu)件各元件的長(zhǎng)度和旋轉(zhuǎn)角度變化，即先是15個(gè)長(zhǎng)度變化，后是15個(gè)角度變化，共30個(gè)數(shù)字。長(zhǎng)度的變化范圍為0到1，角度的變化為0到360，超過(guò)360度的可以用360度除取余求得。hxm中每一行信息都對(duì)應(yīng)個(gè)一個(gè)人體構(gòu)件姿態(tài)。

三、人體動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成

二維動(dòng)畫(huà)的基本原理就是序列圖像以一定的幀速率連續(xù)播放，讓人產(chǎn)生畫(huà)面在動(dòng)的感覺(jué)。在這里二維人體動(dòng)畫(huà)實(shí)現(xiàn)方式亦是如此，所以說(shuō)如何利用動(dòng)作hxm文件得到人體關(guān)鍵姿態(tài)圖像序列，是人體動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成的關(guān)鍵。

人體動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成的流程：人體構(gòu)件是由15個(gè)不同的元件組成的，它們的信息都存儲(chǔ)在與構(gòu)件相關(guān)的hsf文件中。要控制人體構(gòu)件使其呈現(xiàn)不同的姿態(tài)，首先就需要控制這15個(gè)元件姿態(tài)。每個(gè)元件都有長(zhǎng)度和旋轉(zhuǎn)角度兩個(gè)自由度，它們會(huì)隨著姿態(tài)的變化而變化，而hxm文件中就記錄了這些變化。人體動(dòng)畫(huà)生成的第一步就是要依據(jù)hxm文件與hsf文件確定到每個(gè)元件的姿態(tài)，然后依據(jù)這些變化后的元件，得到相應(yīng)姿態(tài)的人體構(gòu)件。元件本質(zhì)上也是一幅二維圖像，所謂元件的姿態(tài)即變化后的二維圖像。

四、本文小結(jié)

本文主要是針對(duì)基于構(gòu)件化二維動(dòng)畫(huà)制作技術(shù)進(jìn)行介紹。文中首先對(duì)二維角色構(gòu)件化方法討論，通過(guò)對(duì)二維角色的人體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將二維人體構(gòu)件分成15個(gè)不同的元件，然后結(jié)合ASF-AMC標(biāo)準(zhǔn)，提出了兩種分別用于存儲(chǔ)人體構(gòu)件結(jié)構(gòu)信息與自由度變化信息的文件即hsf文件與hxm文件，并對(duì)文件的內(nèi)容和格式進(jìn)行了介紹。接著對(duì)人體動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成的流程進(jìn)行分析，最后給出了構(gòu)件化二維人體動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成的實(shí)現(xiàn)方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸汝鈐，張松懋.從故事到動(dòng)畫(huà)片——全過(guò)程計(jì)算機(jī)輔助動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成.自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2002，28（3），321～348

（作者單位：福建省南安職業(yè)中專學(xué)校）