一種2.5維繩索扭曲動畫生成方法技術

本發明專利技術公開一種2.5維繩索扭曲動畫生成方法，其步驟如下：(1)建立平面直角坐標系，在坐標系中定義周期變化的穹形曲線為上端輪廓線；對稱翻轉上端輪廓線并移動以確定下端輪廓線，其中下端輪廓線由對稱翻轉后的上端輪廓線及其移動的路線構成；(2)由外輪廓線構建封閉區域，將該區域分成若干子區域，并對子區域進行標記；由子區域的邊界線確定子區域的范圍，并在子區域內構建四邊形網格；(3)輸入繩索的填充紋理，并根據標記確定子區域的填充紋理；然后確定子區域內四邊形網格頂點與紋理坐標的映射關系；(4)連續變化繩索的外輪廓線，輸出繩索扭曲時的圖像幀，生成繩索扭曲的動畫。本方法原理簡單，易于實現，且動畫生成效果好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種2.5維動畫的生成方法，屬于計算機動畫
，尤其涉及一種2.5維繩索扭曲動畫生成方法。
技術介紹
在計算機動畫領域，按照動畫制作技巧以及呈現效果的差異可以將動畫分為以下三種：平面動畫、三維動畫以及2.5維動畫。中國專利CN103065348A、名稱“一種基于骨骼動作庫的二維動畫自動生成方法”，該類技術先將創建的骨骼與骨骼動作保存在骨骼動畫庫中；然后根據造型的外觀要求，繪制造型圖形；其次從骨骼動作庫中調用骨骼動作，并將骨骼動作與造型圖形進行綁定；最后根據動畫要求內插骨骼動作幀，得到動畫序列。該方法雖然能夠生成復雜的二維動畫，但在實現過程中需要不斷更新骨骼動作數據，且更新速度較慢。此外，得到的畫面質量也有待提升。《一種基于樣條線變化生成的2.5維卡通動畫》(Rivers等，2.5D Cartoon Models，Transactions on Graphics，2010，29(4):19-66)，該方法用樣條曲線表示卡通對象的三視圖數據，并建立三視圖中每條曲線之間的對應關系。然后通過視角變化，制作出卡通形象的任意視圖，從而實現卡通形象的3D效果旋轉。但是該方法在繪制過程中對特定繪畫程序有較多的依賴，并且中間視圖的質量有待提升。中國專利CN101958007A、名稱“一種采用草繪的三維動畫姿態建模方法”，該技術首先解析用戶輸入的組件化人體輪廓草圖，提取出人體骨架結構、骨架姿態和骨架輪廓等參數，并生成三維人體姿態模型；其次，將三維人體姿態模型組件投影到二維平面，通過二維草繪交互，對三維人體姿態模型的骨架空間位置、骨架長度和骨架輪廓進行編輯；最后，采用基于核規約的運動插值方法插值姿態關鍵幀生成三維人體動畫。該技術與傳統三維人體姿態建模方法相比，能有效地支持動畫師以二維草繪的方法對動畫進行姿態設計和編輯，但是三維動畫渲染時涉及大量的數據計算，且耗時較長。
技術實現思路
針對以上現有技術中存在的缺陷，本專利技術提供一種基于雙面圖形的2.5維繩索扭曲動畫生成方法，該方法能夠在平面上模擬出物體的三維動畫效果。在本專利技術中，用戶僅需要輸入填充紋理與控制參數，系統便可自動生成不同扭曲幅度下的繩索，并且該技術生成的動畫具有良好的三維立體效果。本專利技術采用的技術方案如下：一種2.5維繩索扭曲動畫的生成方法，包括如下步驟：a.繪制外輪廓線：建立平面直角坐標系，在坐標系中定義周期變化的穹形曲線為上端輪廓線；對稱翻轉上端輪廓線并移動以確定下端輪廓線，其中下端輪廓線由對稱翻轉后的上端輪廓線及其移動的路線構成；b.構建四邊形網格：由外輪廓線構建封閉區域，將該區域分成若干子區域，并對子區域進行標記；由子區域的邊界線確定子區域的范圍，并在子區域范圍內構建四邊形網格；c.確定四邊形網格頂點與紋理坐標的映射關系：輸入繩索的填充紋理；由子區域的標記確定子區域的填充紋理；然后確定子區域內四邊形網格頂點與紋理坐標的映射關系；d.生成2.5維繩索扭曲動畫：連續變化繩索的外輪廓線，輸出繩索扭曲時的圖像幀，生成繩索扭曲的動畫。本專利技術相對于現有技術，具有如下優點：(1)本專利技術2.5維繩索扭曲動畫的生成過程中，用戶僅需要輸入填充紋理與控制參數，系統就會自動生成2.5維繩索扭曲動畫。與二維、三維動畫相比，本方法涉及的計算量小，易處理、更新速度快。(2)本專利技術利用兩組數學函數確定繩索扭曲過程中變化的外輪廓線，通過控制數學函數中的參數即可實現豐富多彩的繩索扭曲變形效果。(3)通過在繪制區域內構建四邊網格頂點，并建立網格頂點與紋理坐標的映射關系，可以有效地減少繩索扭曲時失真現象，提升扭曲繩索的三維空間立體感。(4)本專利技術方法原理簡單，易于實現，且動畫生成效果較好。附圖說明圖1是本專利技術一種2.5維繩索扭曲動畫生成流程圖；圖2是實施例中繩索輪廓示意圖；圖3是子區域示意圖；圖4是y＝sin(x)函數示意圖；圖5是四邊形網格結構示意圖。具體實施方式為了更清楚地闡述本專利技術的技術方案，下面結合附圖和實例，對本專利技術相關步驟做詳細說明。如附圖1所示，本實施例一種2.5維繩索扭曲動畫生成方法，其具體實施步驟如下：1.繪制外輪廓線：外輪廓線由上、下端輪廓線組成，參見附圖2所示，其中x表示橫軸，y表示縱軸，fk表示穹形曲線，sk表示分點，其中k＝0,1,2,...，控制參數α、β分別為周期與相位，用于確定穹形曲線fk的形狀；對稱翻轉上端輪廓線并移動以確定下端輪廓線，其中下端輪廓線由對稱翻轉后的上端輪廓線及其移動的路線構成。圖2中線段a表示移動的路線，穹形曲線gk由穹形曲線fk確定，分點ek由分點sk確定，線段a與穹形曲線gk組合確定下端輪廓線。(1)定義上端輪廓線：不失一般性，定義上端輪廓線中的穹形曲線fk：fk＝cos(αx-kβ)定義穹形曲線間的交點為分點sk，分點sk的橫坐標為： s k x = ( k + 1 / 2 ) β / α ]]>本實例中α、β的初始值分別為0.1π、0.5π，k＝0,1,2...。(2)定義下端輪廓線：下端輪廓線由線段a以及穹形曲線gk組成。定義線段a的坐標為：y＝-1，x∈[0,(π-β)/α]定義穹形曲線gk為：gk＝-cos(α(x-(π-β)/α)-kβ)分點ek的橫坐標為： e k x = π / α + ( k - 1 / 2 ) β / α ]]>其中，α、β、k與fk中的系數對應且保持一致。2.構建四邊形網格：參見圖2，上、下端輪廓線以及直線x＝p、x＝0組成封閉區域，將分點ek與分點sk對應并連接，將封閉區域分成若干子區域；由子區域的邊界線確定子區域的范圍，并確定子區域內四邊形網格結構。參見圖3，由子區域的邊界線確定子區域在橫軸上的正投影區間，并在該區間內進行等距離采樣以確定一組點；過該組點做橫軸的垂線，定義垂線與子區域邊界線的交點為邊界點，如附圖3中點所示；再在由邊界點確定的垂線段上進行等距離采樣，得到另一組采樣點；建立相鄰垂線段上采樣點的對應關系；由采樣點的關聯關系連接相鄰垂線上的采用點，確定子區域內四邊形網格結構。(1)劃分子區：定義由上、下端輪廓線以及直線x＝p、x＝0圍成的封閉有限區域為繪制區域，本實例中p＝1；將分點sk、ek用實線連接，將繪制區域劃分成若干子區域Ev(v＝0,1,2...)。(2)構建四邊形網格：不失一般性，以附圖3所示的子區域為例，子區域內構建四邊形網格過程如下：a.確定子區域在橫軸上的正投影區間：通過子區域的邊界線確定子區域在橫軸上的正投影區間。參見附圖3，上端輪廓線在橫軸上的正投影區間為[x0,x1]，下端輪廓線在橫軸上的正投影區間為[x2,x3]，線段在橫軸上的正投影區間為[x0,x2]，線段在橫軸上的正投影區間為[x1,x3]，合并區間獲得子區域在橫軸上的正投影區間[本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種2.5維繩索扭曲動畫的生成方法，其特征在于，包括如下步驟：a.繪制外輪廓線：建立平面直角坐標系，在坐標系中定義周期變化的穹形曲線為上端輪廓線；對稱翻轉上端輪廓線并移動以確定下端輪廓線，其中下端輪廓線由對稱翻轉后的上端輪廓線及其移動的路線構成；b.構建四邊形網格：由外輪廓線構建封閉區域，將該區域分成若干子區域，并對子區域進行標記；由子區域的邊界線確定子區域的范圍，并在子區域范圍內構建四邊形網格；c.確定四邊形網格頂點與紋理坐標的映射關系：輸入繩索的填充紋理；由子區域的標記確定子區域的填充紋理；然后確定子區域內四邊形網格頂點與紋理坐標的映射關系；d.生成2.5維繩索扭曲動畫：連續變化繩索的外輪廓線，輸出繩索扭曲時的圖像幀，生成繩索扭曲的動畫。

【技術特征摘要】
1.一種2.5維繩索扭曲動畫的生成方法，其特征在于，包括如下步驟：a.繪制外輪廓線：建立平面直角坐標系，在坐標系中定義周期變化的穹形曲線為上端輪廓線；對稱翻轉上端輪廓線并移動以確定下端輪廓線，其中下端輪廓線由對稱翻轉后的上端輪廓線及其移動的路線構成；b.構建四邊形網格：由外輪廓線構建封閉區域，將該區域分成若干子區域，并對子區域進行標記；由子區域的邊界線確定子區域的范圍，并在子區域范圍內構建四邊形網格；c.確定四邊形網格頂點與紋理坐標的映射關系：輸入繩索的填充紋理；由子區域的標記確定子區域的填充紋理；然后確定子區域內四邊形網格頂點與紋理坐標的映射關系；d.生成2.5維繩索扭曲動畫：連續變化繩索的外輪廓線，輸出繩索扭曲時的圖像幀，生成繩索扭曲...

【專利技術屬性】
技術研發人員：龐明勇，吳磊，
申請(專利權)人：南京師范大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32