[发明专利]一种骨骼蒙皮动画的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形技术领域，尤其涉及一种骨骼蒙皮动画的实现方法。

背景技术

目前，实时动画技术主要有关节动画和顶点动画(即关键帧动画)。关节动画文件占用的空间比较小，可以实现很多复杂的动画效果；但是其缺点也是比较明显的，其一是角色模型是一个层次模型，要获得某一个部分相对于世界坐标系的位置，必须从根节点开始遍历该节点所有的祖先节点，更关键的问题是在不同的结合处，其往往会有比较明显的接缝，会严重影响模型的真实感。顶点动画中的角色由一个完整的网格模型构成，这使得角色看上去更真实，也不会有接缝的问题，获得模型的网格顶点在世界坐标系中位置的计算量也很小，但是其缺点是动画的适应性很弱，不灵活，并且由于关键帧要存储网格模型所有的顶点信息，因此动画文件所占用的空间特别大。

发明内容

本发明的目的在于通过一种骨骼蒙皮动画的实现方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种骨骼蒙皮动画的实现方法，其包括如下步骤：

A、创建构成角色模型的骨骼模型和网格蒙皮模型，其中，所述骨骼模型由按一定层次组织起来的若干个骨骼组成，骨骼的层次描述了角色的结构；所述网格蒙皮模型即角色的皮肤，是在骨骼影响下变化的一个可变形网格；

B、确定影响网格蒙皮模型上网格顶点的骨骼，并根据骨骼与顶点的几何关系、物理关系确定其影响权重；

C、根据角色模型文件中存储的骨骼运动的关键帧序列，在相邻的两个关键帧间进行插值计算，确定某一时刻各个骨骼的新位置和新朝向；

D、按照网格蒙皮模型上各个顶点中保存的影响它的骨骼索引和相应的影响权重计算各顶点在世界坐标系下的新位置和新朝向，实现骨骼蒙皮动画。

特别地，所述步骤C中角色模型文件中保存的信息具体包括网格蒙皮信息、骨骼信息和关键帧信息，其中，所述网格蒙皮信息为角色的多边形模型，该多边形模型由三角形面组成，每个三角形面有三个指向模型顶点表的索引，通过该索引可以确定三个顶点，每个顶点中包括顶点位置、法向量、纹理材质及影响该顶点的骨骼和其影响权重；所述骨骼信息包括组成骨骼模型的全部骨骼；所有骨骼按照父子关系组织成一棵树，树根代表整个骨架，其余每一节点包括叶子节点代表一个骨骼，每一个骨骼包括该骨骼在父骨骼坐标系中的变换矩阵，通过该变换矩阵确定该骨骼在父骨骼坐标系中的位置；所述关键帧信息包括组成骨骼运动的关键帧序列，每个关键帧保存着每一骨骼在该时刻相对于父骨骼坐标系的变换矩阵，及骨骼的位置和朝向信息。

特别地，所述步骤C中具体包括：根据角色模型文件中存储的骨骼运动的关键帧序列，在相邻的两个关键帧间进行线性插值和球面线性插值计算，确定某一时刻各个骨骼的新位置和新朝向，然后从根骨骼开始遍历骨架，计算每一个骨骼相对于世界坐标系的变换矩阵；

所述步骤D具体包括：按照网格蒙皮模型上各个顶点中保存的影响它的骨骼索引和相应的影响权重，根据公式：顶点的新位置＝每个骨骼的世界矩阵*每个骨骼Tpos矩阵的逆矩阵，每个骨骼的世界矩阵＝每个骨骼Tpos的世界矩阵*插值后矩阵*父骨骼的世界矩阵，根据顶点受那些骨骼的影响利用平均加权得到顶点的准确位置，实现骨骼蒙皮动画。

特别地，所述步骤A具体包括：采用poser或3ds MAX软件的任一种创建构成角色模型的骨骼模型和网格蒙皮模型。

特别地，所述步骤B中影响权重可以通过建模软件计算，也可以手工设置。

本发明提供的骨骼蒙皮动画的实现方法克服了关节动画中的接缝问题，效果逼真、生动，比顶点动画更加灵活，而且在完成良好动画效果的同时，所占用的内存空间又特别少，可以更容易，更快捷的创建。

附图说明

图1为本发明实施例提供的骨骼蒙皮动画的实现方法流程图；

图2为本发明实施例提供的人体骨骼的继承关系示意图；

图3为本发明实施例提供的某一个时刻T在相邻关键帧中平移分量所占的权重示意图；

图4为本发明实施例提供的沿球面连接两个四元数的弧插值示意图；

图5为本发明实施例提供的Bone2骨骼的T时刻所处的时间位置示意图；

图6为本发明实施例提供的Bone5骨骼的T时刻所处的时间位置示意图；

图7为本发明实施例提供的Bone6骨骼的T时刻所处的时间位置示意图；

图8为本发明实施例提供的.ANI文件中骨骼的排序列表。

具体实施方式