風格化流體動畫建模技術研究.pdf

1、傳統(tǒng)風格的卡通動畫具有很強的表現力和非常豐富的藝術內涵，在今天仍然深受人們的喜愛，有著非常廣闊的市場前景。但傳統(tǒng)風格的卡通動畫制作主要依靠動畫師用手工方式繪制大量的動畫幀來完成，其制作過程非常繁瑣和費時。為此研究如何利用計算機來生成傳統(tǒng)風格卡通動畫不僅有重要的理論意義，還具有非常高的應用價值。
　　本文主要研究傳統(tǒng)風格卡通流體動畫建模的若干關鍵技術，針對傳統(tǒng)卡通動畫中的流水、濺水、海浪、云彩等常見的流體對象，研究其相應的生成算法和

2、生成系統(tǒng)。借鑒獨具中國民族特色的國畫和祥云圖案等傳統(tǒng)藝術資源，研究生成國畫風格的流水動畫和祥云動畫生成算法。生成算法不僅能根據動畫師的個性化需要對流體動畫進行快速建模，而且繪制風格也豐富多樣。本文的主要研究內容和貢獻如下:
　　1.提出一個混合式的三維卡通水與物體交互作用的動畫模型。模型構造各種基本卡通水波形狀，然后在二維工作區(qū)上對它們的結構進行組合，并映射到三維水面上進行繪制;障礙物與三維水面上的覆蓋區(qū)域被檢測出來之后，再將其逆

3、映射到二維工作區(qū)并在工作區(qū)內實現流水波形和障礙物所在區(qū)域的碰撞檢測，根據碰撞檢測結果觸發(fā)障礙物附近激起的浪花波形。利用過程化的方法構造濺水曲面框架，生成運動變化的濺水紋理，同時用Billboard方式生成各種水花圖案。此外系統(tǒng)還利用GPU實現了對三維卡通水與物體交互過程的加速算法。
　　2.提出了一種三維卡通海浪動畫建模方法。通過構造一組海浪曲面在關鍵位置上的骨架，再對這些骨架進行插值和組合得到某時刻的海浪曲面;通過一個控制函數來

4、動態(tài)選擇相應的關鍵骨架，并對其進行組合來生成時變的海浪曲面。利用Bezier曲線對一些控制點插值來構造卡通浪花以及水面水紋形狀模型庫，在動畫生成階段將它們按照預定規(guī)則放置到海浪鋒頭上。該方法能方便地對海浪運動速度、海浪間距以及浪花大小進行參數調控。
　　3.提出了一種國畫風格水動畫建模方法。利用Bezier曲線構造一組國畫水波形狀單元，然后對它們進行組合生成水波紋，最后再將水波紋疊加到水面網格上。在動畫生成階段，先在水面上確定水波

5、紋的位置，然后控制水波紋沿某方向運動，而且其形狀和大小隨時間變化。為了表現水面縱深感，控制水波紋顏色以及線條寬度隨場景深度變化。
　　4.提出了一種生成中國傳統(tǒng)祥云動畫方法。利用橢圓來構造云朵的骨架曲線，沿著曲線上的非均勻分布點排列多個半徑不同的基本圓，然后通過對這些基本圓進行求并運算來生成云朵的內部區(qū)域和輪廓線;通過控制基本圓沿以分布點為圓心的圓周上運動，來生成連續(xù)變化的輪廓線和云朵形狀;利用輪廓線上的運動點作為起點，沿中心點方