風(fēng)格化流體動(dòng)畫(huà)建模技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)風(fēng)格的卡通動(dòng)畫(huà)具有很強(qiáng)的表現(xiàn)力和非常豐富的藝術(shù)內(nèi)涵，在今天仍然深受人們的喜愛(ài)，有著非常廣闊的市場(chǎng)前景。但傳統(tǒng)風(fēng)格的卡通動(dòng)畫(huà)制作主要依靠動(dòng)畫(huà)師用手工方式繪制大量的動(dòng)畫(huà)幀來(lái)完成，其制作過(guò)程非常繁瑣和費(fèi)時(shí)。為此研究如何利用計(jì)算機(jī)來(lái)生成傳統(tǒng)風(fēng)格卡通動(dòng)畫(huà)不僅有重要的理論意義，還具有非常高的應(yīng)用價(jià)值。
　　本文主要研究傳統(tǒng)風(fēng)格卡通流體動(dòng)畫(huà)建模的若干關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)傳統(tǒng)卡通動(dòng)畫(huà)中的流水、濺水、海浪、云彩等常見(jiàn)的流體對(duì)象，研究其相應(yīng)的生成算法和

2、生成系統(tǒng)。借鑒獨(dú)具中國(guó)民族特色的國(guó)畫(huà)和祥云圖案等傳統(tǒng)藝術(shù)資源，研究生成國(guó)畫(huà)風(fēng)格的流水動(dòng)畫(huà)和祥云動(dòng)畫(huà)生成算法。生成算法不僅能根據(jù)動(dòng)畫(huà)師的個(gè)性化需要對(duì)流體動(dòng)畫(huà)進(jìn)行快速建模，而且繪制風(fēng)格也豐富多樣。本文的主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)如下:
　　1.提出一個(gè)混合式的三維卡通水與物體交互作用的動(dòng)畫(huà)模型。模型構(gòu)造各種基本卡通水波形狀，然后在二維工作區(qū)上對(duì)它們的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，并映射到三維水面上進(jìn)行繪制;障礙物與三維水面上的覆蓋區(qū)域被檢測(cè)出來(lái)之后，再將其逆

3、映射到二維工作區(qū)并在工作區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)流水波形和障礙物所在區(qū)域的碰撞檢測(cè)，根據(jù)碰撞檢測(cè)結(jié)果觸發(fā)障礙物附近激起的浪花波形。利用過(guò)程化的方法構(gòu)造濺水曲面框架，生成運(yùn)動(dòng)變化的濺水紋理，同時(shí)用Billboard方式生成各種水花圖案。此外系統(tǒng)還利用GPU實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維卡通水與物體交互過(guò)程的加速算法。
　　2.提出了一種三維卡通海浪動(dòng)畫(huà)建模方法。通過(guò)構(gòu)造一組海浪曲面在關(guān)鍵位置上的骨架，再對(duì)這些骨架進(jìn)行插值和組合得到某時(shí)刻的海浪曲面;通過(guò)一個(gè)控制函數(shù)來(lái)

4、動(dòng)態(tài)選擇相應(yīng)的關(guān)鍵骨架，并對(duì)其進(jìn)行組合來(lái)生成時(shí)變的海浪曲面。利用Bezier曲線(xiàn)對(duì)一些控制點(diǎn)插值來(lái)構(gòu)造卡通浪花以及水面水紋形狀模型庫(kù)，在動(dòng)畫(huà)生成階段將它們按照預(yù)定規(guī)則放置到海浪鋒頭上。該方法能方便地對(duì)海浪運(yùn)動(dòng)速度、海浪間距以及浪花大小進(jìn)行參數(shù)調(diào)控。
　　3.提出了一種國(guó)畫(huà)風(fēng)格水動(dòng)畫(huà)建模方法。利用Bezier曲線(xiàn)構(gòu)造一組國(guó)畫(huà)水波形狀單元，然后對(duì)它們進(jìn)行組合生成水波紋，最后再將水波紋疊加到水面網(wǎng)格上。在動(dòng)畫(huà)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(yùn)動(dòng)，而且其形狀和大小隨時(shí)間變化。為了表現(xiàn)水面縱深感，控制水波紋顏色以及線(xiàn)條寬度隨場(chǎng)景深度變化。
　　4.提出了一種生成中國(guó)傳統(tǒng)祥云動(dòng)畫(huà)方法。利用橢圓來(lái)構(gòu)造云朵的骨架曲線(xiàn)，沿著曲線(xiàn)上的非均勻分布點(diǎn)排列多個(gè)半徑不同的基本圓，然后通過(guò)對(duì)這些基本圓進(jìn)行求并運(yùn)算來(lái)生成云朵的內(nèi)部區(qū)域和輪廓線(xiàn);通過(guò)控制基本圓沿以分布點(diǎn)為圓心的圓周上運(yùn)動(dòng)，來(lái)生成連續(xù)變化的輪廓線(xiàn)和云朵形狀;利用輪廓線(xiàn)上的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)作為起點(diǎn)，沿中心點(diǎn)方