黃 蕾,王曉飛

(北京工業(yè)大學(xué) 信息學(xué)部,北京 100124)

手機短信3D動畫中光照規(guī)劃的自動生成①

黃 蕾,王曉飛

(北京工業(yè)大學(xué) 信息學(xué)部,北京 100124)

手機短信3D動畫自動生成系統(tǒng)是根據(jù)發(fā)送方短信的內(nèi)容,經(jīng)過信息抽取、語義分析等一系列步驟,最終生成一段與短信內(nèi)容匹配的三維動畫并發(fā)送給接收方.動畫中光照不僅能照明整個場景,還能起到烘托主題、表現(xiàn)氛圍等作用.本文重點研究面向手機短信3D動畫自動生成系統(tǒng)中光照的自動生成,主要從定性規(guī)劃和定量計算兩方面著手.定性規(guī)劃的主要任務(wù)是通過本體庫刻畫與光照相關(guān)的主題、模板,利用規(guī)則庫將主題、模板、場景、光照屬性等以規(guī)則的方式關(guān)聯(lián)起來.定量計算的主要工作是結(jié)合具體場景,將定性規(guī)劃的信息轉(zhuǎn)化為具體數(shù)據(jù),然后調(diào)用Maya API,將定性規(guī)劃的結(jié)果在Maya場景中實現(xiàn).

三維動畫; 定量計算; 定性規(guī)劃; 光照效果

1 引言

手機短信作為現(xiàn)代通訊方式,以其便捷、及時、實惠等特點成為當(dāng)代人日常交流工具.但短信內(nèi)容的枯燥、乏味,也是人們選擇其他通訊工具的主要原因.為了彌補短信內(nèi)容的枯燥、乏味,中科院張松懋研究員將全過程計算機輔助動畫自動生成技術(shù)[1]應(yīng)用到手機短信中,提出并研發(fā)了面向手機短信3D動畫自動生成系統(tǒng).該系統(tǒng)將圖形學(xué)知識與人工智能技術(shù)相結(jié)合,把短信文本轉(zhuǎn)化為一段與短信內(nèi)容匹配的三維動畫,并發(fā)送給接收方.同時,4G及無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展也為該應(yīng)用的實現(xiàn)提供了良好的先決條件.

在影視、動畫作品中,光照效果的好壞直接關(guān)系到作品的成敗,不論是角色、場景還是道具都需要進(jìn)行合理的光照設(shè)計.因此,光照效果的塑造是影視、動畫作品制作的重要環(huán)節(jié).在影視、動畫作品的用光中,光的語言有兩種形態(tài):直接呈現(xiàn)的語言和暗示性語言.直接呈現(xiàn)的語言是指在作品中通過光照再現(xiàn)出被攝對象的真實形態(tài),畫面的意義是直接由被攝對象表達(dá)出來的.暗示性語言,屬于一種光線氣氛,是通過光線效果制造出表象的意味[2].

初期,手機短信3D動畫自動生成系統(tǒng)中并不存在光照規(guī)劃,僅在已有的場景中設(shè)置幾盞固定的燈光,而且這些燈光的顏色和亮度都不會改變,這樣容易造成光照效果在場景中一成不變,并且不能保證光照效果與短信表現(xiàn)的內(nèi)容相匹配.同時,隨著完全自動生成場景的實現(xiàn),系統(tǒng)中也需要一個完整的光照規(guī)劃與之配合.為此,本文提出在手機短信3D動畫自動生成系統(tǒng)中增加光照規(guī)劃.使添加光照規(guī)劃后的動畫視頻滿足以下效果:一、塑造時空間感,光照在動畫場景中不僅起到照明的作用,還可以通過光照描述時間、展現(xiàn)靜態(tài)空間的立體感等[3,4]; 二、通過光照奠定動畫場景的基調(diào),表現(xiàn)動畫的氣氛和氛圍,突出短信的主題.

本文完成主要的工作是首次在3D動畫自動生成系統(tǒng)實現(xiàn)全過程光照自動生成.具體內(nèi)容包括:將語義網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于手機3D動畫自動生成系統(tǒng)的光照規(guī)劃部分,構(gòu)建光照本體庫和規(guī)則庫,并通過情節(jié)推理對動畫的光照進(jìn)行規(guī)劃.

2 相關(guān)工作

在生活、電影、藝術(shù)品的布光中,通常采用美國設(shè)計大師查德·凱利(Richard Kelly)提出的三點照明法[5],該方法提到的照明有:Ambient Light(環(huán)境照明)、Focal Glow Light(焦點照明)、Scene Lighting(情景照明).環(huán)境照明的作用是照亮整個場景,焦點照明的作用是塑造形象,情景照明的作用是表現(xiàn)氣氛、氛圍等.這種方法可以將人物或模型的立體感、縱深感等基本造型呈現(xiàn)在鏡頭中,是一種保證被攝物體基本造型的程式化照明方法.

在三維動畫布光中,根據(jù)人工干預(yù)的工作量,將光照規(guī)劃分為三類:非自動規(guī)劃、半自動規(guī)劃、自動規(guī)劃.非自動光照規(guī)劃是人為手工調(diào)節(jié)或設(shè)置場景中的燈光.通常,動畫設(shè)計師借鑒三點照明法的思想對場景布光,通過主光描繪物體的輪廓,輔光照亮主光沒有照亮的部分,輪廓光勾畫物體的外輪廓,背景光烘托整個環(huán)境的氣氛和基調(diào)[6].半自動光照規(guī)劃是借助動畫軟件,預(yù)先設(shè)置若干種光照布局,根據(jù)場景或情景表現(xiàn)的需要,來選擇所需要的光照布局.例如2010年德國烏爾姆大學(xué)的Holger Dammertz[7]等人建立了一種基于認(rèn)知的全局照明系統(tǒng),包括一個主光源和多個輔助光源.這個燈光系統(tǒng)可以通過對局部和整體形狀的認(rèn)知來表達(dá)視覺信息.陳鵬[8]提出一種針對三維光影效果進(jìn)行快速控制的方法,依據(jù)三維場景中光源的特點,構(gòu)建燈光陣列,預(yù)設(shè)置若干種不同時段的場景效果,然后人工選擇適合的光照效果.自動光照規(guī)劃,一般運用于自動生成系統(tǒng)中,依據(jù)場景中燈光的特性,結(jié)合劇本知識,自動生成與劇本匹配的光照效果.趙燁[9]提出在手機3D動畫自動生成系統(tǒng)中增加通用燈光布局和專用燈光布局,通用燈光布局表示一個燈光布局可以運用于多個動畫場景,而專用燈光布局只適合一個特定的動畫場景.劉暢[10]提出在手機3D動畫自動生成系統(tǒng)中增加燈光背景組合規(guī)劃,將自動生成燈光與場景的背景關(guān)聯(lián)起來.

3 系統(tǒng)介紹

3.1 系統(tǒng)流程

手機短信3D動畫自動生成系統(tǒng)是以中文短信作為輸入,使用機器學(xué)習(xí)算法的思想和方法對短信內(nèi)容預(yù)處理.包括信息抽取、情感分析、命名實體識別等步驟.本系統(tǒng)利用哈爾濱工業(yè)大學(xué)自然語言處理系統(tǒng)對短信進(jìn)行標(biāo)注,再經(jīng)過命名實體識別[11]和否定分析器[12],提取出短信中的主題、模板等信息,然后將這些信息作為各個子系統(tǒng)的輸入,進(jìn)入下一步處理步驟.其中,子系統(tǒng)主要包括情節(jié)規(guī)劃子系統(tǒng)、變形規(guī)劃子系統(tǒng)、動作規(guī)劃子系統(tǒng)等,它們分別實現(xiàn)動畫中的情節(jié)、模型的變形,人物的動作等功能.這些子系統(tǒng)并不是簡單的耦合,而是有一定的關(guān)聯(lián).例如,情節(jié)規(guī)劃的結(jié)果包含喝水的信息,那么動作規(guī)劃根據(jù)情節(jié)規(guī)劃結(jié)果生成喝水的動作.每個子系統(tǒng)通常是由定性規(guī)劃和定量計算兩部分構(gòu)成的.定性規(guī)劃實現(xiàn)的是依據(jù)信息抽取的結(jié)果,對情節(jié)、人物動作、攝像機、光照等進(jìn)行初步規(guī)劃,生成定性描述語言; 定量計算是根據(jù)場景、模型等,將定性規(guī)劃的結(jié)果轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)值,通過調(diào)用 Maya API生成相應(yīng)的動畫文件.最后,系統(tǒng)將動畫文件經(jīng)過渲染與合成處理,生成可以播放的動畫視頻,把動畫視頻的網(wǎng)址、短信內(nèi)容發(fā)送到接收方.圖1為系統(tǒng)流程圖.

圖1 手機短信3D動畫自動生成系統(tǒng)流程圖

本文研究的光照規(guī)劃主要包括光照定性規(guī)劃和光照定量計算兩部分,具體內(nèi)容包括:

(1)光照定性規(guī)劃是整個光照規(guī)劃的核心部分,最終呈現(xiàn)的光照效果與定性規(guī)劃結(jié)果密切相關(guān).它依據(jù)信息抽取結(jié)果為輸入,首先根據(jù)光照本體庫、光照規(guī)則庫,生成初步光照指令,然后結(jié)合場景中影響光照的其他定性規(guī)劃結(jié)果(例如,霧雨雪等),修正初步光照指令,最終將修正后的光照指令以XML形式輸出.主要工作包括建立光照本體庫、建立光照規(guī)則庫、將光照本體庫與系統(tǒng)本體庫關(guān)聯(lián)等.

(2)光照定量計算是光照規(guī)劃最后階段,主要任務(wù)是將定性規(guī)劃結(jié)果在動畫場景中實現(xiàn).具體工作包括:場景中燈光位置的計算、燈光顏色計算、燈光亮度計算等.

3.2 Maya軟件內(nèi)置燈光

手機短信3D動畫自動生成系統(tǒng)底層通過三維軟件Maya實現(xiàn)的,為此有必要了解一下Maya中光源系統(tǒng).Maya光源系統(tǒng)中內(nèi)置有六種基本燈光:Ambient Light、Directional Light、Point Light、Spot Light、Area Light和 Volume Light.各種燈光除了具有亮度、顏色基本屬性[13]外,還具有一些其他特性,具體屬性如表1所示.

表1 Maya 光源系統(tǒng)中基本屬性部分對比

本文主要通過燈光的顏色、亮度、特效、陰影來表現(xiàn)短信的環(huán)境、氣氛.燈光顏色是依據(jù)色彩理論知識,根據(jù)顏色的冷暖色調(diào),設(shè)置相應(yīng)的屬性值.本文中,顏色的色調(diào)分為暖色調(diào)、冷色調(diào)和中性色調(diào).其中紅、黃、橙為暖色調(diào),青、藍(lán)為冷色調(diào),灰色、白色為中性色調(diào).燈光亮度是燈光在場景中的照射效果,分為亮光、正常光和暗光.特效是依據(jù)燈光是否可以產(chǎn)生特殊的效果劃分的,例如點光源可以模擬太陽光光輝、光霧的效果.陰影說明燈光照射到模型的時候是否燈光亮度是燈光在場景中的照射效果,分為亮光、正常光和暗光.

4 光照定性規(guī)劃

光照定性規(guī)劃的實現(xiàn),主要依靠內(nèi)容豐富的系統(tǒng)本體庫,結(jié)合光照知識庫進(jìn)行邏輯推理.其中,系統(tǒng)本體庫經(jīng)課題組成員的逐步完善,已經(jīng)實現(xiàn)了基本的架構(gòu),并且成功的運用到系統(tǒng)中,實現(xiàn)了情節(jié)規(guī)劃這一重要模塊.下面簡單介紹一下已有的本體庫,然后對光照知進(jìn)行設(shè)計進(jìn)行介紹.

4.1 系統(tǒng)本體庫

本體(Ontology)[14]是共享概念模型形式化的規(guī)范說明,是對一個特定領(lǐng)域中重要概念的共享的形式化描述.其概念包括概念(Conceptualization)、明確(Explicit)、形式化(Formal)、共享(Share)四個方面.它是由AI中語義網(wǎng)絡(luò)演化的一種概念化、結(jié)構(gòu)化表示方法,被廣泛應(yīng)用到知識工程、軟件復(fù)用、信息檢索和Web上異構(gòu)信息處理等領(lǐng)域.

Protégé[15]是由斯坦福大學(xué)開發(fā)的一個開源本體編輯器.它提供了本體概念類、關(guān)系、屬性和實例的構(gòu)建,并且屏蔽了具體的本體描述語言,用戶只需在概念層次上進(jìn)行領(lǐng)域本體模型的構(gòu)建.它界面操作簡單,構(gòu)建的本體以樹形結(jié)構(gòu)顯示.基于以上特點,本系統(tǒng)構(gòu)建本體庫的工具采用Protégé.

整個系統(tǒng)知識庫包括本體庫和規(guī)則庫.本體庫由各種動畫相關(guān)的類及類的屬性組成的,主要包括Topic(動畫主題類,如圖2 所示)、Template(動畫模板類,如圖3 所示)、Animation Scene(動畫場景類)、Animation Model(動畫模型類)等.Topic 和 Template 是整個系統(tǒng)定性部分的中心,主題類分為節(jié)日類、情感類、動作類等,常用于描述短信中的時間、地點、節(jié)日等,模板類是主題類的補充,分為季節(jié)類、情緒類、食物類等.圖2-3為部分主題類與模板類截圖,其中每個大類下面還有具體的小類.

圖2 部分主題類截圖

圖3 部分模板類截圖

4.2 光照本體庫建立

為了構(gòu)建光照本體庫,需要對Maya軟件中光源系統(tǒng)進(jìn)行抽象,建立燈光類作為父類,及建立燈光類型(如圖4所示)、燈光色調(diào)(如圖5所示)、燈光亮度(如圖6所示)等子類.其中燈光類型類包括Maya光源系統(tǒng)中六種基本燈光類型; 燈光色調(diào)類分為靜態(tài)的和動態(tài)的,靜態(tài)色調(diào)類包括冷色調(diào)、暖色調(diào)和中性色調(diào),動態(tài)色調(diào)類由兩種靜態(tài)色調(diào)類構(gòu)成,描述燈光色調(diào)的變化; 同理,燈光亮度類也包括靜態(tài)亮度類和動態(tài)亮度類.

圖4 燈光類型示意圖

圖5 燈光色調(diào)類示意圖

圖6 燈光亮度類示意圖

4.3 光照規(guī)則庫的設(shè)計

為了增強知識表示能力和推理能力,人們提出了一種新的用語義方式呈現(xiàn)規(guī)則的語言——SWRL(Semantic Web Rule Language)[16].SWRL 規(guī)則部分的概念是由 Rule ML演變而來,目前SWRL已經(jīng)成為W3C的規(guī)范之一.

本文使用SWRL RULS建立添加光照效果的規(guī)則.這些規(guī)則為定性部分的推導(dǎo)提供了支撐.

下面舉例光照規(guī)則說明:

AngryTopic(?t)∧AnimationScene(?a)∧coldHue(?m)∧ lightSuitableForTopic(?m,?t)→addLightToMa(?m,?a)

該規(guī)則表示:情節(jié)規(guī)劃給出一個動畫場景(AnimationScene),從短信中抽出一個生氣的主題(AngryTopic),并且有一個光照效果(coldHue)能夠表現(xiàn)這個主題,則將此光照效果添加到場景中.根據(jù)上述規(guī)則,獲得適合表達(dá)短信主題的光照實例,讀取該光照的顏色值,存入定性信息中.

4.4 光照定性輸出描述

光照定性輸出描述以情節(jié)規(guī)劃結(jié)果作為輸入,經(jīng)過光照定性規(guī)劃,最終生成光照定性規(guī)劃描述.照定性規(guī)劃結(jié)果,下面給出一條具體示例:

上述示例表明,該燈光是在室外自動生成的動態(tài)環(huán)境光,沒有陰影和特效,初始顏色為白色,亮度為一般亮度,顏色和亮度在150幀處開始變化,變化后的顏色和亮度分別為黃色和強光.該燈光的變化可以表現(xiàn)動畫中自然環(huán)境由寒冷變溫暖或者氣氛變得溫馨的效果.根據(jù)上述設(shè)計的定性規(guī)劃,我們列舉如下兩個示例,如表2所示.

表2 短信“天陰了,馬上要下雨了,我們趕緊回家吧”的定性規(guī)劃描述

5 燈光位置計算

定量計算是根據(jù)具體場景,將定性生成的屬性值轉(zhuǎn)化為具體數(shù)值.其中,計算的數(shù)據(jù)包括燈光顏色、燈光亮度、場景中燈光的位置等.燈光的顏色是通過色彩理論知識計算所得.燈光亮度是通過大量實驗,找到比較合理的范圍,既能有效區(qū)分亮度的級別,又能減少渲染時間.燈光位置的計算,需要結(jié)合場景的類型,設(shè)計不同的計算策略.對于室內(nèi)場景中燈光位置的計算,需要對室內(nèi)場景的邊界位置提前做標(biāo)注并且確保最終生成的燈光不在模型內(nèi)部; 室外場景中燈光位置的計算需要考慮場景中模型y軸的最大值和天空球的高度.

在影視、藝術(shù)品的布光中,關(guān)于燈光位置的論述,最常用的是三點照明法.三點照明法實際上指的是光從三個不同的角度對物體進(jìn)行照明,這三個燈光分別是:主光、輔助光和輪廓光.主光為物體提供主要照明,光照強度最為強烈,其位置一般與攝像機和物體所在直線成45度角.輔助光主要對場景中的物體進(jìn)行輔助照明,用來補充主光沒有涉及到的區(qū)域,其位置一般與主光垂直.輪廓光一般放置在與主光源相對的位置,主要為了突出物體的輪廓,從而將場景中主體從背景中分離出來,增加主體的深度感、立體感,如圖7所示.

圖7 三點照明示例

依據(jù)三點照明法的思路,結(jié)合Maya場景中光照效果和手機短信3D動畫自動生成系統(tǒng)中渲染模塊的承受力,本文采用的是三點照明法中的主光和輪廓光.主光的主要作用是照明場景,輪廓光的主要作用是突出場景中主體.結(jié)合場景類型、場景邊界、攝像機位置、模型位置等,我們設(shè)計如下位置規(guī)劃算法.

算法1.位置規(guī)劃算法LPA(Location Planing Algorithm)輸入:場景名字M.ma,燈光名字lightName輸出:lightName的三維坐標(biāo)(x,y,z)LPA(Ma,lighName)Begin(1)x=y=z=0;(2)maxX=maxY=maxZ=0;(3)If Ma為室內(nèi)場景 //室內(nèi)場景(4)maxX,maxY,maxZ的值為房屋邊界最大值(4)Else //室外場景(6)maxX,maxY,maxZ的值為室外場景地面最大值(7)獲取攝像機初始位置的三維坐標(biāo)(a1,b1,c1)(8)獲取攝像機所有拍攝目標(biāo)的中心位置的坐標(biāo)(a2,b2,c2)(9)取一點A(x,y,z),與(a1,b1,c1)和(a2,b2,c2)兩點所在直線成45度角,距(a2,b2,c2)長度為(10)while(x>maxX||y>maxY||z>maxZ)//燈光坐標(biāo)不在場景內(nèi),需要移動(11)x=x-2,y=y-2,z=z-2(12)If lightName is ambientLight //輪廓光,與主光關(guān)于(a,b2,c2)對稱(13)(x,y,z)最新值為(x,y,z)關(guān)于(a2,b2,c2)對稱的位置(14)輸出lightName的三維坐標(biāo)(x,y,z)(15)Else //主光,直接輸出即可(16)輸出lightName的三維坐標(biāo)(x,y,z)End■(a2?a1)?(a2?a1)+(b2?b1)?(b2?b1)+(c2?c1)?(c2?c1)

根據(jù)上述算法描述,首先根據(jù)場景類型不同計算場景的邊界,然后根據(jù)三點照明法的思路計算燈光位置,如果燈光位置在邊界外,需要移動燈光位置,保證生成的燈光在場景中,最后判斷燈光類型,如果燈光是輪廓光,需要保證燈光位置在物體背面,如果是主光,需要保證燈光位置在物體正面.

圖8是根據(jù)表2的定性規(guī)劃結(jié)果,經(jīng)過位置規(guī)劃算法,以及燈光亮度計算、燈光顏色計算等,最終通過渲染與合成等步驟,生成動畫的截圖.

圖8 根據(jù)表2 生成動畫后部分截圖

6 實驗及結(jié)果分析

實驗包括光照規(guī)劃評估實驗與光照規(guī)劃多樣性實驗兩部分,其中光照規(guī)劃評估實驗的目的包括兩方面,一方面評估光照效果是否符合當(dāng)前動畫場景,另一方面評估是否可以通過光照效果表達(dá)短信主題.多樣性實驗的目的是驗證是否可以有多種光照效果表達(dá)同一條短信內(nèi)容.

6.1 光照規(guī)劃評估實驗及分析

根據(jù)實驗?zāi)康?本人統(tǒng)計了課題組2016年5月到11月之間測試的短信,共計320條,測試人員為課題組人員,短信內(nèi)容為開放的文本,內(nèi)容長度一般在20字之內(nèi).其中添加失敗的有 17 條短信,造成原因有:人為啟動程序不當(dāng)、渲染服務(wù)異常.其余303條短信全部生成動畫并且實現(xiàn)自動添加光照效果.由于實驗結(jié)果是以動畫的形式展現(xiàn),為了進(jìn)一步分析添加動畫后的效果,本文采用調(diào)查問卷的方式評估光照效果.從成功添加燈光效果的303條短信中隨機抽取120條,設(shè)計兩個評價指標(biāo),分別是“我認(rèn)為光照效果符合動畫場景”、“我認(rèn)為可以通過光照效果表達(dá)短信主題”,所有指標(biāo)均采用十分制,評價分值越高,說明光照效果越好.本次問卷共發(fā)放120張,填寫調(diào)查問卷的人群為隨機抽取人員,都是非課題組成員,收回 120 張,并對其統(tǒng)計.統(tǒng)計結(jié)果如圖9所示.

圖9 光照規(guī)劃可行性實驗統(tǒng)計結(jié)果圖

根據(jù)圖9得分統(tǒng)計,“我認(rèn)為光照效果符合動畫場景”的加權(quán)平均分為7.8,“我認(rèn)為光照效果可以表達(dá)短信主題”的加權(quán)平均分為 5.4.通過上述數(shù)據(jù)說明,在系統(tǒng)中添加光照規(guī)劃是比較被認(rèn)可的,達(dá)到了本文設(shè)計的初步要求.

在“我認(rèn)為光照效果符合動畫場景”的評價中,部分分值低于4分,主要原因有雪地場景反光、部分模型材質(zhì)的反光.“我認(rèn)為光照效果可以表達(dá)短信主題”評價得分較低的原因:(1)與觀看者主觀因素有關(guān),針對同一個動畫視頻,不同的觀看者可能對動畫中的光照效果有著不同的理解; (2)同一個動畫視頻,在不同分辨率的顯示器上播放,差異也很大.為此,在后續(xù)的光照規(guī)劃改進(jìn)過程中主要注意兩方面工作:(1)材質(zhì)對光照的影響; (2)更多的學(xué)習(xí)在影視、動畫中布光技巧,提高通過光照效果表達(dá)短信主題的能力.

6.2 光照規(guī)劃多樣性實驗及結(jié)果分析

光照規(guī)劃多樣性不僅體現(xiàn)在相同的主題或模板,會有不同的光照效果; 也體現(xiàn)在光照定性規(guī)劃相同的情況下,定量計算中光照亮度及顏色也會有差別.這就使得光照規(guī)劃在符合情節(jié)表達(dá)的基礎(chǔ)上擁有了更多的變化,豐富了動畫的視覺效果,這也是光照規(guī)劃另一個較大的優(yōu)點.為此,本次試驗選取了 50 條短信,每條短信分別進(jìn)行10次光照規(guī)劃,統(tǒng)計每一條短信會有多少種不同的光照效果,得到統(tǒng)計結(jié)果如圖10所示.

圖10 光照規(guī)劃多樣性實驗統(tǒng)計結(jié)果圖

圖10 中,x軸一條短信測試10次,出現(xiàn)不同光照效果的個數(shù).從表中可知,出現(xiàn)6個不同光照效果的短信最多,約占總短信數(shù)32%; 大于6個光照效果的短信約占有 36 條,占總短信數(shù)的 72%.總體來看,短信多樣性取得較好效果.

圖11是根據(jù)短信“時間過得好快,好著急”進(jìn)行多樣性實驗,取其中4種不同光照效果的截圖.

圖11 光照規(guī)劃多種效果示意圖

7 結(jié)語

本文研究的主要內(nèi)容是首次在3D動畫自動生成系統(tǒng)中添加光照的自動生成.將語義網(wǎng)技術(shù)、Maya中光源應(yīng)用到手機3D動畫自動生成系統(tǒng)中,實現(xiàn)光照的自動生成,是對全過程計算機輔助動畫自動生成技術(shù)的又一次應(yīng)用和實現(xiàn).光照效果的自動生成主要實現(xiàn)的功能有:通過光照表現(xiàn)動畫的時間感和空間感; 通過光照表現(xiàn)動畫中的氣氛和氛圍.具體工作包括定性規(guī)劃和定量計算兩部分.其中定性規(guī)劃描述燈光屬性與短信主題、短信模板之間的關(guān)系,定量計算結(jié)合具體場景,將定性規(guī)劃結(jié)果轉(zhuǎn)化為具體數(shù)值,從而實現(xiàn)光照的自動生成.

目前,光照規(guī)劃自動生成處于測試與改進(jìn)階段.測試期間,為避免較長時間不能渲染出動畫,對后續(xù)短信測試產(chǎn)生影響,為此,系統(tǒng)設(shè)置從輸入短信到渲染合成動畫的時間最大值為2小時.經(jīng)過大量測試后,也發(fā)現(xiàn)一些潛在的問題和不足.主要表現(xiàn)在以下兩方面:(1)場景中會有一些對光比較敏感的材質(zhì)[17,18],影響燈光最終呈現(xiàn)的效果; (2)由于短信文本是開放的,信息抽取結(jié)果不可能100%準(zhǔn)確,最終導(dǎo)致光照效果可能與短信表現(xiàn)的氛圍不符.

針對以上的不足,在光照規(guī)劃后續(xù)的版本中,需要提高信息抽取的準(zhǔn)確率,使燈光能準(zhǔn)確表達(dá)短信的情感.同時,考慮材質(zhì)對燈光的影響.

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Light Planning in Automatic Generation of 3D Animation for Mobile Phone Short Message

HUANG Lei,WANG Xiao-Fei
(Information Science Division,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)

In accordance with the sender’s message,through a series of steps such as information extraction and semantic analysis,the SMS automatic 3D animation generating system can generate a 3D animation and eventually send it back to the sender.The animation light cannot only light the whole scene,but can also foil themes,atmosphere,etc.This paper mainly focuses on automatic generation of light in SMS automatic 3D animation generating system,including qualitative planning and quantitative calculation.The qualitative planning describes themes and templates which are about light by ontology.The rule base is used to combine the subject,templates,scene,and illumination properties by rules.The quantitative calculation is combined with the specific scene,the qualitative planning information into specific data,and then calls the Maya API,and the results of qualitative planning in the Maya scene.

3D animation; quantitative calculation; qualitative planning; lighting effects

10.3969/j.issn.1004-9436.2015.10.064]

黃蕾,王曉飛.手機短信3D動畫中光照規(guī)劃的自動生成.計算機系統(tǒng)應(yīng)用,2017,26(10):102–109.http://www.c-s-a.org.cn/1003-3254/5981.html

2016-12-22; 采用時間:2017-02-13