[发明专利]用于生成对动画模型性态进行近似的膨化组件的方法

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求一起于2003年5月14日递交的美国临时专利申请序列号60/470,590，题为“膨化装置”(Rig Baking)，和序列号60/470,767，题为“去混淆化”(Defrobulation)的优先权，其结合在此用于各个目的的参考。本申请还结合递交于________的美国专利代理证明序号21751-000910US，题为“用于人物关节表示的去混淆角”(Defrobulated Angles for Character JointRepresentation)用于各个目的的参考。 

背景技术

本发明涉及计算机图形学领域，尤其是用于制作计算机生成人物的动画的方法和装置。本发明涉及计算机图形学领域。许多计算机图形图像是通过从一个给定的视点对光线与三维场景的交互进行数学建模而生成的。该处理(被称为呈现)从给定的视点生成场景的二维图像，并类似于对真实世界景色拍摄一张相片。可通过象场景随着时间逐渐改变那样呈现场景图像的序列来生成动画序列。已经做出了很多努力来制作有真实视感的呈现图像和动画。 

人物的计算机生成动画是通过将人物的三维模型处理为在帧序列上的一系列身体位置、或姿态来完成的。有真实视感的人物模型通常是极度复杂的，具有几百万个表面元素以及成百上千个属性。由于将如此复杂的模型动画化的复杂性，动画工具通常依靠骨架结构(armature)和动画变量来定义人物动画。 

骨架结构是表现人物姿态、或身体位置的“条状图”(stick figure)。通过移动骨架结构片段(segment)，也即“条状图”中的“条”，骨架结构可以被处理为所期望的姿态。由于骨架结构是由动画制作者摆设的，动画工具修改人物模型以使人物的身体姿态粗略地表现出骨架结构的身体姿态。 

动画变量是另一种定义复杂人物模型的人物动画的方式。动画变量是修改人物模型外观的函数的参数。动画变量和它们相关联的函数被用于将对人物模型的复杂修改抽象为相对简单的控件。动画变量和它们相关联的函数可以处理骨架结构片段，从而间接改变人物模型的外观，或跳过骨架结构直接处理人物模型。 

例如，单个动画变量可定义人物嘴部打开的程度。在这个示例中，动画变量的值可处理多个不同部分的骨架结构和/或直接修改部分人物模型以创建嘴部打开至所期望程度的修改后的人物模型。 

与动画变量相关联的函数(被称为模型组件)可被用于创建各种真实和艺术效果。例如，模型组件可被用于创建人物模型表面下的骨骼层、肌肉层、以及脂肪层，这样人物模型的表面或皮肤能真实地按摆出姿态变形。模型组件也可被用于模拟非刚性特征(诸如毛发和衣物)的运动。除了复制指定物理现象外，模型组件可被用于根据算法或过程(诸如雕刻整形、球变换、以及物理学仿真)来处理人物模型。 

模型组件可以是极度复杂的并且因此其执行是耗时的。为了创建有艺术效果的人物动画，动画制作者通过创建场景的粗略视图并随后重复微调人物动画以创建最终场景的预期表演和表现。执行模型组件所需的时间(例如动画制作者摆设和重复摆设人物模型姿态)阻碍了动画制作者的效率。在最坏的情况下，动画制作者被迫使用简化的“替身”人物模型来创建最初的动画，并随后等待查看使用最终人物模型的结果动画。在这种情况下，动画制作者本质上是盲目地在工作并只能猜想最终结果。反之，用合理的时间(即使可能的话)处理模型组件所需的额外计算机资源实质上增大了创建动画的开销。 

因此需要一种最优化模型组件性能的系统和方法这样可以用合理的时间执行它们而不花费过量的计算机资源。还需要能够最优化任何类型的模型组件，而不考虑它的功能或复杂度。 

发明内容

模型组件可被用于摆放人物模型姿态以创建各种真实的和艺术的效果。本发明一则实施例分析模型组件的行为以确定模型组件的统计表示，该统计表示非常近似于模型组件的输出。因为该模型组件的统计表示比原始模型组件执行 起来更快速，则可用等价的模型组件的统计表示在动画时间中替换用于对人物模型进行姿态设置的模型组件以提高动画性能。通过对使用一组典型的训练姿态处理过的人物模型进行分析可以获得模型组件的统计表示。模型组件的统计表示是由姿态帧位置的加权组合加上由动画变量的非线性组合所控制的姿态误差集而组成的。