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基于MEL的骨骼装配技术的探讨与实现

作 者: 何柳青
导 师: 全红艳
学 校: 华东师范大学
专 业: 软件工程
关键词: 角色动画 骨骼装配 模板 动力学 MEL
分类号: TP391.41
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 27次
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内容摘要


随着时代潮流的推动,动画行业也在进行着飞速的发展。三维动画对国内来说是朝阳行业,属于CG行业(Computer Graphics,即电脑美术)的其中一个分支。而三维动画当中以角色动画为主,无论电视广告或影视制作,都加入了各种形式的角色动画。因此角色动画便成了三维动画的一个必修环节。本文便是沿着探讨角色动画的路线,从动力学原理上对骨骼装配技术进行研究,并通过Maya的MEL语言,结合非线性动画编辑器、逆向动力学(IK)等强大的功能编写出一个角色骨骼装配插件。骨骼装配技术的方法各有不同,这里我们从把常用的一种方法加以改进,将装配流程整合化,从而简化工作流程又提高工作效率。基于各方面的考虑,本文使用了基于模板的制作方法,对骨骼首先进行模板化,使用脚本语言将模板和插件系统进行完美结合。在动画师在进行动画设计时便可直接调用骨骼库的模板,可减去动画制作过程的繁琐工作,当然也可以对骨骼模板进行修改,完全做到人性化设置。文章结构上首先对三维角色动画领域的现状、基础知识和常用的控制方法进行了阐述。然后详细介绍了骨骼装配系统的设计思路和实现在过程,最后测试了实验结果,从而证明它的可行性和科学性。系统针对方几个细节,特别是角色变形效果进行了优化,令骨骼运动时产生的模型变形效果尽最大限度地模拟现实人体肌肉。在当今国内电影制作市场,数字角色动画技术越来越多地运用在三维动画影视及广告制作当中,骨骼装配技术自然地在整个工作流程中占有重要的地位,而骨骼装配与下一环节的动画编辑有着密切关系。在高级角色动画的工作流程中,骨骼装配的高级设置必须与MEL的动力学设置互相结合,这使得骨骼装配技术达到了一个更高的层次。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-15
  1.1 研究课题的背景及其意义  11-12
  1.2 本文探讨的内容  12-13
  1.3 本文探讨的创新点  13
  1.4 本文章节结构按排  13-15
第二章 骨骼装配设置基础  15-30
  2.1 引言  15-16
  2.2 骨骼装配的概述  16-17
    2.2.1 骨骼装配的概念  16
    2.2.2 骨骼装配的类型区分  16-17
    2.2.3 骨骼装配的作用和意义  17
  2.3 三维角色模型表现  17-19
    2.3.1 单层模型  17-18
    2.3.2 多层模型  18-19
  2.4 骨骼设置的基础知识  19-21
    2.4.1 关于骨骼节点的行为属性  19
    2.4.2 创建骨骼  19-21
    2.4.3 骨骼轴向的匹配  21
  2.5 骨骼层级数据匹配  21-24
    2.5.1 前向动力学(FK,forward kinematics,也称正向动力学)  22
    2.5.2 逆向动力学(IK,Inverse kinematics,也称反向动力学)  22-23
    2.5.3 骨骼的IK设置  23-24
  2.6 骨骼装配对绑定的影响和计算关系  24-26
    2.6.1 骨骼设置与刚性绑定的关系  25-26
    2.6.2 骨骼设置与点柔性绑定的关系  26
  2.7 MEL表达式对骨骼装配的作用  26-29
  2.8 本章小结  29-30
第三章 三维角色动画的需求分析  30-37
  3.1 引言  30-31
  3.2 角色模型的需求分析  31-33
    3.2.1 角色模型的多样性及复杂性  31
    3.2.2 角色模型结构布线的走向  31-33
  3.3 角色动作制作方法的需求分析  33-36
    3.3.1 关键帧动画技术  33-34
    3.3.2 动力学模拟技术  34-35
    3.3.3 运动影像捕捉技术  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第四章 角色骨骼系统的设计  37-46
  4.1 引言  37
  4.2 角色骨骼装配系统的设计原则  37-40
    4.2.1 高效快捷  37-38
    4.2.2 人性化的交互性  38-40
    4.2.3 系统界面布局简洁合理  40
    4.2.4 动画的快捷预览  40
  4.3 系统结构  40-43
    4.3.1 装配初期环节  41-42
    4.3.2 全身骨骼装配环节  42
    4.3.3 约束控制环节  42-43
    4.3.4 动画数据输出环节  43
  4.4 层次与主要数据结构  43-45
  4.5 本章小结  45-46
第五章 基于MEL语言的人物角色骨骼装配系统的实现  46-59
  5.1 引言  46
  5.2 根据二足角色身体骨骼特征创建骨骼模版  46-51
    5.2.1 创建人体骨骼  46-50
    5.2.2 添加相应控制器  50-51
  5.3 根据角色动力学编写角色控制MEL脚本  51-58
    5.3.1 关于属性锁定  51-52
    5.3.2 使用MEL对脊椎的动力学控制  52-54
    5.3.3 编辑脚部运动  54-56
    5.3.4 创建用户控制  56-58
  5.4 本章小结  58-59
第六章 系统测试与结论  59-63
  6.1 系统测试及分析  59-62
    6.1.1 角色骨骼运动测试  59-60
    6.1.2 动力学碰撞测试  60-62
  6.2 结论  62-63
第七章 总结与展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-66

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