古建筑動(dòng)畫計(jì)算機(jī)生成與榫卯模型動(dòng)態(tài)生成技術(shù)的研究.pdf

1、目前動(dòng)畫技術(shù)已經(jīng)深入滲透到眾多領(lǐng)域。全過程計(jì)算機(jī)輔助動(dòng)畫自動(dòng)生成是一個(gè)結(jié)合人工智能與現(xiàn)代多媒體技術(shù)的嶄新課題，由中科院陸汝鈐院士在國(guó)際上首次提出，并研制出原型系統(tǒng)《天鵝》。古建筑動(dòng)畫計(jì)算機(jī)輔助生成技術(shù)是一個(gè)嶄新的課題，對(duì)再現(xiàn)我國(guó)文化瑰寶有著重大意義。目前在古建領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外動(dòng)畫制作方面的工作很多，但從描述建筑結(jié)構(gòu)的類自然語言開始，由計(jì)算機(jī)完成全過程動(dòng)畫創(chuàng)作的研究還沒有過。動(dòng)畫自動(dòng)生成技術(shù)與古建筑領(lǐng)域相結(jié)合，發(fā)揮了其快速、高效、教育意義強(qiáng)的

2、優(yōu)勢(shì)。 本文首先從系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想出發(fā)，對(duì)比原《天鵝》系統(tǒng)的流程，分析并確定了新系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。這包括劃分系統(tǒng)的層次，規(guī)劃系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)以及相關(guān)模塊的數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫，以及規(guī)范描述語言的設(shè)計(jì)。古建筑動(dòng)畫計(jì)算機(jī)輔助生成技術(shù)是動(dòng)畫自動(dòng)生成技術(shù)在中國(guó)古建筑領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)具體應(yīng)用。它是以一段類自然語言描述的古建筑結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)輸入；依照古建筑形制的規(guī)則庫，動(dòng)態(tài)計(jì)算古建筑各個(gè)部件大小及其榫卯的相應(yīng)位置；然后依照形制及搭建順序知識(shí)庫推算古建筑部件的建

3、造順序；從定性及定量?jī)蓚€(gè)方面對(duì)動(dòng)畫進(jìn)行語言描述；最終輔以攝像機(jī)規(guī)劃等模塊完成動(dòng)畫的新技術(shù)。其中，對(duì)于系統(tǒng)功能模塊的劃分以及模塊及模塊間的接口的確定是本技術(shù)的難點(diǎn)：與此同時(shí)，古建筑領(lǐng)域不同于其他生活中的常用領(lǐng)域，它包括很多專業(yè)術(shù)語以及一些歷史習(xí)俗、背景等等，因此，本文著力于合理的歸納整理古建知識(shí)規(guī)則，形成結(jié)構(gòu)良好，功能性強(qiáng)的推理模塊，最終實(shí)現(xiàn)完整的古建筑動(dòng)畫自動(dòng)生成系統(tǒng)。 古建筑規(guī)范描述語言是系統(tǒng)對(duì)用戶輸入建筑形式分析求精后分別在

4、定性層和定量層上的描述。它規(guī)定了系統(tǒng)內(nèi)部模塊的數(shù)據(jù)輸出格式以及模塊間進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。本文在規(guī)范描述語言的設(shè)計(jì)中首先介紹了文件的載體XML和語言的格式規(guī)范XMLSchema。最后分別從定性和定量?jī)煞矫鎸?duì)規(guī)范描述語言進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)分析。 榫卯是中國(guó)傳統(tǒng)木構(gòu)架體系建筑中最普遍的功能結(jié)構(gòu)，一座大型的宮殿式木構(gòu)建筑，要由成千上萬個(gè)單件組合而成。這樣多的木構(gòu)件除了椽子、望板這類屋面木基層構(gòu)件外，其余幾乎全是憑榫卵結(jié)合在一起的。木結(jié)

5、構(gòu)的形式和榫結(jié)合方法是中國(guó)古代建筑的一個(gè)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。本文通過動(dòng)畫自動(dòng)生成技術(shù)，根據(jù)用戶輸入的特定建筑形制參數(shù)，借由Ontology本體知識(shí)庫和模型庫，逐步生成對(duì)榫卯結(jié)構(gòu)的定性描述、對(duì)榫卯部件的定量描述、以及動(dòng)畫腳本，最終根據(jù)動(dòng)畫腳本通過三維空間的布爾運(yùn)算技術(shù)生成滿足需要的榫卯模型，對(duì)于展示榫卯的結(jié)構(gòu)、功能以及宣傳中國(guó)古建筑藝術(shù)都有著重大的意義，其難點(diǎn)是榫卯規(guī)則的整理、Ontology本體知識(shí)庫的設(shè)計(jì)、榫卯位置的計(jì)算以及模型布爾運(yùn)算技術(shù)