三維植物動畫：從隨風(fēng)搖曳到翩翩起舞.pdf

1、植物的真實感運動模擬是在靜態(tài)植物造型的基礎(chǔ)上利用計算機(jī)動畫技術(shù)模擬其運動.這種具有真實感植物運動模擬,特別是實時地模擬,在3D游戲、電子娛樂、影視制作和虛擬城市漫游系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值.該文利用基于物理的動畫建模方法,結(jié)合彈性形變理論和關(guān)節(jié)骨架模型,提出"層次關(guān)節(jié)彈性骨架模型"對植物體的運動進(jìn)行實時控制和模擬.這一模型能夠?qū)⒅参锏母鱾€器官的不同模式的運動用統(tǒng)一的形式表示出來,適合于表現(xiàn)植物根、莖、葉、花等不同器官所特有的搖曳

2、和振動.通過分散施加于各個關(guān)節(jié)的外力矩來模擬風(fēng)的作用,能夠真實地模擬出植物在不同強(qiáng)度和方向的風(fēng)作用下的不同運動形態(tài).為能夠?qū)崿F(xiàn)實時動畫,該文根據(jù)植物運動的特殊性,針對層次關(guān)節(jié)模型運動控制復(fù)雜度高的缺點,利用局部化的方法將級聯(lián)的關(guān)節(jié)解耦合,以簡化模型微分方程的積分求解過程,將計算量降低至線性時間復(fù)雜度.在真實感植物體運動基礎(chǔ)之上,我們進(jìn)一步研究了如何自動地將音樂和動畫的藝術(shù)化地完美的結(jié)合在一起,并實現(xiàn)了一個腳本驅(qū)動的植物體卡通風(fēng)格的虛擬舞

3、蹈動畫系統(tǒng)——"花之舞".在彈性骨架模型的基礎(chǔ)上,該文將模型在外加激勵條件下的平衡狀態(tài)與植物角色的舞蹈姿態(tài)一一對應(yīng)起來,建立參數(shù)化的舞蹈姿態(tài).為方便用戶參與整個舞蹈姿態(tài)的設(shè)計,我們又將整個姿態(tài)集進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸?引入動作變形夸張系數(shù)將類似的姿態(tài)通過不同的夸張變形系數(shù)加以區(qū)分,從而有效地減小了姿態(tài)類型總數(shù).該文的虛擬舞蹈系統(tǒng)"花之舞"目前階段的舞蹈設(shè)計是通過用戶編寫舞蹈腳本來實現(xiàn)的.與運動捕捉的方法不同,這種編寫舞蹈腳本的方法可以給用戶以最

4、大限度的靈活性,將人的藝術(shù)才華充分地融入腳本的設(shè)計之中.由于彈性骨架模型能夠自動在姿態(tài)間進(jìn)行平滑地插值,因而交互式的舞蹈腳本的中只需記錄姿態(tài)編號和夸張變形系數(shù)從而使腳本的編寫的繁瑣程度大為簡化,形式更為統(tǒng)一.利用舞蹈腳本作為交互的接口和媒介,用戶可以將自己的藝術(shù)天賦融入所設(shè)計的舞蹈腳本中,根據(jù)不同的音樂設(shè)計出不同風(fēng)格的舞蹈.使這種虛擬的舞蹈成為一種全新的數(shù)字藝術(shù)形式.該文最后討論了彈性骨架模型對于一般的動畫角色骨架的運動控制方法和虛擬人