（長(zhǎng)江大學(xué)藝術(shù)學(xué)院 434000）

本文所研究的基于多視點(diǎn)手繪圖的動(dòng)畫生成方法，主要是通過構(gòu)建手繪圖像的三維網(wǎng)格以及骨架子空間模型，然后根據(jù)圖像中人物姿態(tài)進(jìn)行算法步驟，進(jìn)行重建以及微分域網(wǎng)格變形，建立一組視點(diǎn)模型，這個(gè)模型要與原手繪圖像相對(duì)應(yīng)。用這種方式，將手繪圖像用模型的方式模擬出來。然后進(jìn)行創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)序列，將手繪圖像的信息輸入到該運(yùn)動(dòng)序列中，這個(gè)過程應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)標(biāo)注以及啟發(fā)式泛化算法。通過以上過程所制作出的卡通動(dòng)畫，能夠完好的保留手繪原稿的繪畫風(fēng)格，同時(shí)也融入了運(yùn)動(dòng)序列的原始特征。通過實(shí)踐可以得出結(jié)論，這種動(dòng)畫制作的方法有助于高效的制作手繪風(fēng)格卡通角色動(dòng)畫。

一、手繪風(fēng)格卡通角色動(dòng)畫綜述

手繪卡通動(dòng)畫的風(fēng)格因其直觀自然而深受觀眾的喜愛。在進(jìn)行動(dòng)畫制作時(shí)，通常利用手繪進(jìn)行角色細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，使得動(dòng)畫更具張力和表現(xiàn)力。但是制作手繪動(dòng)畫，畫師的工作量極大，需要繪制的動(dòng)畫幀數(shù)十分龐大，因此，制作一部手繪動(dòng)畫，需要消耗大量的人力物力以及時(shí)間。于是，如何能夠高效制作手繪風(fēng)格卡通動(dòng)畫成為動(dòng)畫制作中所關(guān)注的重點(diǎn)。

現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的動(dòng)畫制作技術(shù)，是由計(jì)算機(jī)制作幾何模型，基于WIMP交互界面，進(jìn)行參數(shù)的修改以及控制點(diǎn)的操作，以此操作幾何模型。然后進(jìn)行網(wǎng)格的變形，利用形狀插值，最后生成完整的動(dòng)畫。這種動(dòng)畫制作方式，不如手繪動(dòng)畫畫面更加直觀，而且相對(duì)來說，建模的步驟較為復(fù)雜。

要在動(dòng)畫制作過程中，兼有手繪風(fēng)格的自然表現(xiàn)力，又有建模動(dòng)畫的制作效率，就需要開辟新的制作方法，通過手繪圖像；來輔助角色動(dòng)畫的生成。下面對(duì)于手繪圖像生成動(dòng)畫的方式進(jìn)行探討。

二、基于手繪圖的角色動(dòng)畫生成方法

1.骨架驅(qū)動(dòng)法

首先進(jìn)行手繪圖的繪制，然后利用手繪圖像，從中提取骨架姿態(tài)，利用骨架來進(jìn)行動(dòng)畫的生成。如Davis，就是利用手繪圖生成關(guān)鍵幀，通過插值進(jìn)行的動(dòng)畫制作。如Thorne，是利用手繪圖像創(chuàng)建二維骨架，然后通過采集手繪圖的手勢(shì)，制作出動(dòng)畫中角色的運(yùn)動(dòng)。這兩種方式，可以快速制作出還原手繪草圖的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的動(dòng)畫，但是，會(huì)丟失很多手繪圖的細(xì)節(jié)。其細(xì)節(jié)表現(xiàn)力較差，而手繪動(dòng)畫細(xì)節(jié)非常重要。

2.幾何建模法

建模的方法也可以用于手繪動(dòng)畫的制作，其方法是基于草圖進(jìn)行幾何建模。如Di Fiore、Rivers，就是利用的多視點(diǎn)手繪圖像進(jìn)行二維模型創(chuàng)建，插入中間幀數(shù)，對(duì)于手繪的筆畫細(xì)節(jié)有很好的完善。Chen是根據(jù)手繪圖像，進(jìn)行三維模型的搭建，兩者相對(duì)應(yīng)，重現(xiàn)原圖的畫面細(xì)節(jié)，并且加上陰影以及紋理。這種動(dòng)畫制作的方法，利用的插值法，利用插入關(guān)鍵幀來還原手繪原圖細(xì)節(jié)，需要繪制的幀數(shù)較多。

3.視點(diǎn)相關(guān)幾何法

視點(diǎn)相關(guān)幾何法的原理是依照視點(diǎn)，進(jìn)行三維模型的形狀變化，可以保證模型的特定視點(diǎn)處保持手繪原圖的風(fēng)格和細(xì)節(jié)。Li和Chaudhuri就是用骨架姿態(tài)來還原手繪圖像，然后進(jìn)行幾何的細(xì)節(jié)變形，最后制作出手繪風(fēng)格的動(dòng)畫。這種手繪動(dòng)畫制作方法對(duì)手繪圖進(jìn)行手動(dòng)標(biāo)記，標(biāo)記處模型與原圖的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，對(duì)于不同運(yùn)動(dòng)特征的動(dòng)畫，無(wú)法使用同一風(fēng)格的建模。

三、融合手繪風(fēng)格卡通角色動(dòng)畫快速生成法

1.綜合描述與總體方案

本文探討了一種新型的融合手繪風(fēng)格卡通角色動(dòng)畫快速生成法，該方法對(duì)VDG方法進(jìn)行了改進(jìn)，并融合了運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的角色動(dòng)畫技術(shù)。這種動(dòng)畫制作方法的原理是利用多視點(diǎn)手繪原圖，進(jìn)行視點(diǎn)模型的建立。需要建立一組與不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的視點(diǎn)模型，利用模型對(duì)手繪圖的細(xì)節(jié)進(jìn)行還原和表達(dá)。

2.模型創(chuàng)建與變形

首先需要對(duì)手繪原圖進(jìn)行筆畫的標(biāo)注，然后將手繪圖輸入進(jìn)計(jì)算機(jī)，然后進(jìn)行骨架模板的編輯，選擇關(guān)鍵視點(diǎn)。

骨架的提取過程，需要參照多視點(diǎn)手繪圖，首先需要對(duì)原圖中的筆畫點(diǎn)進(jìn)行高斯分布的匹配，對(duì)有向包圍盒進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)包圍盒與骨架模板進(jìn)行匹配，從而生成二維骨架。從所生成的骨架中進(jìn)行二維坐標(biāo)的提取，根據(jù)骨架深度創(chuàng)建三維骨架。

三維網(wǎng)格的建立，需要給予多視點(diǎn)手繪圖進(jìn)行建模。首先要對(duì)于手繪圖的每個(gè)重點(diǎn)部位創(chuàng)建網(wǎng)格，用網(wǎng)格體現(xiàn)原圖中的筆畫細(xì)節(jié)，然后進(jìn)行縫合算法的運(yùn)算，將相鄰網(wǎng)格聯(lián)系起來，形成一個(gè)整體網(wǎng)格。

視點(diǎn)模型的創(chuàng)建，首先要考慮到怎樣進(jìn)行基本模型對(duì)應(yīng)手繪圖的變形。首先，要對(duì)骨架姿態(tài)進(jìn)行重建，依照手繪原圖，構(gòu)建新的骨架姿態(tài)。然后再對(duì)照手繪圖，進(jìn)行網(wǎng)格與手繪圖之間的對(duì)應(yīng)。

3.提取關(guān)鍵幀與動(dòng)畫生成

在生成動(dòng)畫的過程中，本文通過實(shí)踐總結(jié)了一種可以盡量避免誤差的方法。首先提取關(guān)鍵幀，在提取關(guān)鍵幀時(shí)，要充分考慮到關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡，選擇具有局部極值的邊界姿勢(shì)，選取幀數(shù)多余最終選定幀數(shù)。然后對(duì)所選取的幀數(shù)進(jìn)行標(biāo)注，再次篩選關(guān)鍵幀。其選擇標(biāo)注是，選取每個(gè)標(biāo)注段中最接近中心的幀數(shù)。然后確定出最終載入動(dòng)畫的關(guān)鍵幀，與其對(duì)應(yīng)的標(biāo)注段相結(jié)合，進(jìn)行標(biāo)注。

選出關(guān)鍵幀后，將關(guān)鍵幀進(jìn)行組合。首先要對(duì)當(dāng)前幀的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，然后確定當(dāng)前幀的權(quán)重。選用固定的權(quán)重是最完美的還原手繪筆畫細(xì)節(jié)的方式。

四、結(jié)語(yǔ)

本文所討論的融入手繪風(fēng)格的卡通角色動(dòng)畫的快速生成方法，是以建模為基礎(chǔ)的。首先依照手繪原圖，進(jìn)行了三維網(wǎng)格以及骨架子空間模型的搭建，然后重建視點(diǎn)模型。然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)序列的搭建，最終制作出手繪風(fēng)格卡通動(dòng)畫。本文所闡述的制作方法，進(jìn)行模型的變形環(huán)節(jié)時(shí)，利用了SSD以及微分域變形的方法，這個(gè)過程沒有較強(qiáng)的體約束力，遇到一些大尺度變形時(shí)，會(huì)造成局部塌陷或者自交的不良狀況。實(shí)際操作時(shí)，需要在微分域變形中加入體圖約束來對(duì)這種不良情況加以避免。還可以在這種制作法的基礎(chǔ)上，結(jié)合二維半建模技術(shù)，來處理一些圖書的形狀，可以是手繪動(dòng)畫的表現(xiàn)力進(jìn)一步加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊濤,肖俊,吳飛等.基于分層曲線簡(jiǎn)化的運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)關(guān)鍵幀提取[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2009（01）.

[2]李響，徐筠，耿衛(wèi)東.融合入手繪風(fēng)格卡通角色動(dòng)畫生成方法[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)報(bào)，2011（10）.