專利名稱：基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機輔助二維手繪動畫方法，尤其是一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法。
背景技術：
美術動畫是傳統的二維動畫中最富有感染力的一種藝術表現形式，高質量的美術動畫依然魅力四射地受到廣泛歡迎。但傳統的美術動畫制作主要基于關鍵幀方法，其過程相當的繁瑣和費時，而且要求動畫師具有豐富的實際生活體驗和高超的繪畫技巧。
近些年來，計算機在二維美術動畫的設計和制作過程中起到了越來越重要的作用，使得美術動畫的制作效率有了一定的提高[1]。然而現有的計算機輔助二維動畫制作流程和軟件系統[2，3]在實際應用中依然存在著一些局限性。與目前計算機在輔助三維動畫設計和制作中的核心作用相比，計算機在二維美術動畫方面大多數時候只是扮演“輔助支持”的配角[4，5]。
現有的一些方法著眼于利用所輸入的完整三維模型[6，7]。這些方法的好處是，可以很好地保證繪畫對象的透視關系和體積不變性，也可以繪出很多非真實感的風格。但是其缺陷在于，它們需要動畫師建立復雜的三維模型，這給他們帶來了額外的負擔。而且這些方法很難實現出美術動畫中所特有的栩栩如生的風格[8]。
另一方面，純粹的二維方法雖然能實現動畫師的繪畫風格，但是卻需要很多專門精心制作的手繪圖畫。而且這些方法由于完全沒有三維信息，要想獲得正確的透視關系以及體積不變性也存在著很大的問題[8]。例如RETAS PRO、ANIMO等軟件雖然在二維動畫制作中應用很廣泛，但它們依然遵循了傳統的動畫制作過程，并沒有解決需要手工繪制大量中間幀的問題，提高的效率有限。而Macromedia Flash MX、MoHo WinAll等近年來流行的網絡動畫軟件雖然使用矢量圖形的物體變形技術使創(chuàng)建動畫更加容易，但是由于缺乏三維信息，它們在攝像機路徑比較復雜的美術動畫中就顯得無能為力了[9，10]。
在動畫繪制中，動畫師能把手工繪制的人物變成栩栩如生的動畫的一個很重要的因素是動畫師心中的三維描述，動畫師已經是“胸有成竹”。動畫師在繪畫過程中必須要注意到形狀的立體感，要根據頭腦中近似的三維模型來正確地表現透視關系[11]。因此，表達和利用動畫師心中的三維信息是計算機輔助美術動畫的有效途徑之一[8]。
可以利用一個多層的結構模型來表達和處理這些超出兩維平面的信息。例如De Force等提出了一個使用二維半建模的方法來自動生成中間幀的方法[12]，其核心思想是利用一個4層的結構模型表達和處理超出兩維平面的變換等信息，來輔助中間幀的生成。De Force等后來又提出了一個基于三維近似模型的新方法來指導三維動畫的制作[8]，其輸入仍然是二維的繪畫信息，系統通過隱式地提取三維信息來指導中間幀的生成。但是他們的方法所繪制的對象比較簡單，而且針對性不強，難以實現復雜的美術動畫制作。
美術動畫的真正魅力，來自于動畫師千變萬化的風格。雖然在現階段，計算機不可能替代藝術家創(chuàng)作出自己的風格，但是我們希望可以使用一定的方法提取出用戶的風格，并將其重現，從而提高制作效率。視點相關幾何學(View-Dependent Geometry，VDG)則是解決這一問題的有效方法。
視點相關幾何學是被Paul RadeMacher提出的[6]。在一個典型的VDG系統中，三維模型根據視點的方向而改變形狀。一個視點相關模型包含一個基本模型，一組關鍵的變形信息(基本模型的變形版本)，以及與之對應的一組關鍵視點(用于關聯每個二維參考視圖與三維基本模型)。對于用戶給定的任意視點，VDG方法可以通過插值將關鍵的變形作用到基本模型上，并產生一個對應于新視點的特殊的三維模型，從而捕捉了參考視圖的視點相關變形。
Parag Chaudhuri等設計了一個新的系統[7]，它依賴于視覺動畫，使得風格化的三維視點相關模型的建立更加容易，從而使得動畫幀的繪制更加準確和輕松。Yin Li等也提出了一個同VDG相關的新方法[13]，可以將二維動畫中富有表現力的形狀變形融入到三維動作驅動動畫中，從而將動畫風格化。
面部動畫的主要研究工作大多數集中在了真實感繪制上。而與美術動畫相關的研究工作，則應該著重在非真實感繪制方面。Kristinn R.Thorisson曾介紹過一個系統[15]，可以支持更加簡單的面部動畫。這個系統中使用了簡單的的曲線、多邊形，以及不多的控制點來表達整個面部。但是結果卻可以很靈活的產生很多的表部表情。Hong Chen等也介紹了一個系統[14]，可以利用系統內置的一些樣例，自動完成人物肖像畫的勾勒。這個系統的最大優(yōu)點是很好的利用了分置法，將所有復雜的問題都拆開來解決。
參考文獻[1]耿衛(wèi)東，潘云鶴，“計算機輔助美術動畫的新方法綜述”，計算機輔助設計與圖形學學報，2005，Vol.17，No.1，P.1-8[2]Fekete，J.-D.，Bizouarn，E.and Cournarie，E.et al“TicTacToona paperlesssystem for professional 2D animation”，ACM SIGGRAPH Computer Graphics，29(4)79-90[3]Griffin，H.The Animator’s Guide to 2D Computer Animation.Focal Press，UK，2001. Madeira，J.S.，Stork，A.and Grob M.H.(1996)“An approach tocomputer-supported cartooning”，The Visual Computer 12(1)1-17[5]Durand，C.X.“The“TOON”Projectrequirement for a computerized 2Danimation system”.Computers & Graphics，1991，15(2)285-293[6]Paul Pademacher，“View-Dependent Geometry”，Proceedings of InternationalConference on Computer Graphics and InteractiVe Techniques，1999，439-446[7]Parag Chaudhuri.，Prem Kalra.and Subhashis Banerjee，“A System forView-Dependent Animation”，InComputer Graphics Forum，June 2005，411[8]Di-Foice，F.and Van-Reeth，F.“Employing approximate 3D models to enrichtraditional computer assisted animation”，InProceedings of Computer Animation，Geneva，Switzerland，2002，183-192[9]孫立軍，“動畫藝術辭典”，中國國際廣播出版社，ISBN7-5078-2301-6[10]鈴木伸一，“動畫實例教程”，中國青年出版社，ISBN7-5006-6577-6[11]尾澤直志，“卡通漫畫技法——造型篇”，中國青年出版社，ISBN7-5006-4516-3，2001[12]Di-Fioce，F.，Schaeken，P.，and Elens，K.et al“Automatic in-betweening incomputer assisted animation by exploiting 2.5D modeling techniques”InProceeding of Computer Animation，Seoul，South-Korea，2001，192-200[13]Yin Li，Michael Gleicher，Ying-Qing Xu，Heung-Yeung Shum，“StylizingMotion with Drawings”，InProceedings of SIGGRAPH 2003，2003，209-319[14]Hong Chen，Ziqiang Liu，Chuck Rose，Yingqing Xu，Heung-Yeung Shum，DavidSalesin，“Example-Based Composite Sketching of Human Portraits”，InNon-Photorealistic Animation and Rendering，2004，95-153[15]Kristinn R.Thrisson，“ToonFaceA System for Creating and AnimatingInteractive Cartoon Faces”發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法。
本發(fā)明的方法步驟如下1)讀入用于描述對象角色的參數模板，該模板為系統內置的各種參數的建議值，包括頭部形狀特征參數、輔助線特征參數、輪廓及五官特征參數；2)利用上述參數模板設定頭部形狀特征參數；3)利用上述頭部形狀特征參數建立頭部三維包圍盒模型；4)利用上述三維包圍盒模型在正面視圖上的投影，設定頭部輔助線特征參數；5)利用步驟3)建立的三維包圍盒模型和步驟4)設定的輔助線特征參數建立頭部三維輔助線模型；6)利用上述三維輔助線模型在正面視圖和側面視圖上的投影設定輪廓及五官特征參數；7)利用步驟5)建立的三維輔助線模型和步驟6)輸入的輪廓及五官特征參數，建立起基于空間曲線的頭部三維參考模型；8)利用上述頭部三維參考模型在指定的關鍵視點上的投影，用戶按照自己的需求輸入風格化的筆劃；9)利用步驟7)建立的頭部三維參考模型和步驟8)輸入的風格化筆劃信息，建立頭部視點相關模型；10)利用上述頭部視點相關模型，通過插值方法在用戶指定的任意視點上輸出具有手繪風格的視圖；11)設定攝像機路徑，獲取攝像機路徑上的各個視點，利用對應于這些視點的上述具有手繪風格的視圖，生成幀序列并輸出一段面部動畫。
以上所述的利用上述參數模板設定頭部形狀特征參數頭部形狀特征參數包括頭頂的坐標位置、頭部的高度、頭部的前、后、左、右端點的位置；設定的方法為手工指定參數對應特征點的位置，或利用步驟1)讀入的參數模板中提供的建議值。
利用上述頭部形狀特征參數建立頭部三維包圍盒模型該頭部三維包圍盒模型，即在空間直角坐標系中，利用頭部的高度和前、后、左、右端點位置建立的立方體模型。
利用上述三維包圍盒模型在正面視圖上的投影，設定頭部輔助線特征參數頭部輔助線特征參數包括頭部中心輔助線的位置、眼睛水平輔助線的高度、眉毛水平輔助線的高度、鼻子水平輔助線的高度、嘴巴水平輔助線的高度；設定的方法為手工指定參數對應特征點的位置，或利用步驟1)讀入的參數模板中提供的建議值。
利用三維包圍盒模型和輔助線特征參數建立頭部三維輔助線模型該頭部三維輔助線模型，由表示頭部中心輔助線、眼睛水平輔助線、眉毛水平輔助線、鼻子水平輔助線、嘴巴水平輔助線的空間曲線構成，曲線的參數取自步驟3)建立的三維包圍盒模型及步驟4)設定的輔助線特征參數。
利用上述三維輔助線模型在正面視圖和側面視圖上的投影設定輪廓及五官特征參數輪廓及五官特征參數包括左、右眼睛的內側、外側、上端、下端共8個點，左、右眼球的內側、外側、上端、下端共8個點，左、右眉毛的內側、外側、上端共6個點，左、右耳朵的上內側、上端、外側、下端、下內側共10個點，鼻子上端、內側、尖端、下端共4個點，上、下嘴唇左側、中間、右側共6個點，左、右下巴線上端、下端共4個點，臉型控制共8個點，總計54個特征點參數；設定的方法為手工指定參數對應特征點的位置，或利用步驟1)讀入的參數模板中提供的建議值。
利用三維輔助線模型和輪廓及五官特征參數，建立起基于空間曲線的頭部三維參考模型該頭部三維參考模型，由表示左側臉部輪廓、右側臉部輪廓、左眼、右眼、左眼球、右眼球、左眉、右眉、左耳、右耳、鼻子、上嘴唇、下嘴唇、左側下巴線、右側下巴線的空間曲線構成，曲線的參數取自步驟5)建立的三維輔助線模型及步驟6)設定的輪廓及五官特征參數。
利用上述頭部三維參考模型在指定的關鍵視點的投影，用戶按照自己的需求輸入風格化的筆劃指定的關鍵視點為，分別在平視、俯視、仰視三種情況下，正面、右前側面、右側面、右后側面、左后側面、左側面、左前側面共7個視點，總計21個視點；輸入風格化筆劃的過程為利用交互界面分別繪制左側臉部輪廓、右側臉部輪廓、左眼、右眼、左眼球、右眼球、左眉、右眉、左耳、右耳、鼻子、上嘴唇、下嘴唇、左側下巴線、右側下巴線的筆劃。
利用步驟頭部三維參考模型和風格化筆劃信息，建立頭部視點相關模型在該視點相關模型中，步驟7)建立的參考三維模型作為基本模型，步驟8)輸入的風格化筆劃作為關鍵的變形信息，步驟8)中指定的關鍵視點用于關聯每個變形信息與基本模型。
利用上述頭部視點相關模型，通過插值方法在用戶指定的任意視點上輸出具有手繪風格的視圖首先找到用戶指定視點周圍的4個關鍵視點；然后獲取步驟9)建立的視點相關模型中對應這些關鍵視點的變形信息；最后通過插值方法將這些變形信息作用到視點相關模型中的基本模型在該視點的投影上，得到該視點上具有手繪風格的視圖；表達該變形信息的方法為，對于輪廓和五官的每個部位，將該視點對應的風格化筆劃同基本模型的投影建立相關性，即采取建立歸一化參數方程的方法，為風格化筆劃和基本模型投影上的每一點建立一一對應的關系，并依據這一對應關系建立差值向量，作為變形信息。
本發(fā)明是提取用戶的手繪信息，建立層次化的視點相關模型(View-Dependent Model)，并實現在任意視點上自動繪制具有用戶風格的視圖。針對傳統基于關鍵幀的美術動畫制作方法相當繁瑣和費時，而現有的計算機輔助手繪動畫技術存在著很多的局限性，完全的三維方法和純粹的二維方法都存在各自的問題。本發(fā)明所采取的方法綜合了這兩種思路的優(yōu)勢，并對動畫師在傳統流程中的習慣給予了充分關注。用戶只需繪制不多的基本視圖，就可以建立起具有透視和風格化信息的視點相關模型，并自動繪制出任意視點上和用戶手繪風格類似的視圖，使制作效率有很大提高，得到的結果很好的保持了透視關系以及用戶的手繪風格。本發(fā)明解決了傳統美術動畫制作方法效率不高，以及現有計算機輔助手繪動畫技術中存在的透視關系或風格化信息缺失的問題。


圖1(a)是第零層模型，即頭部三維包圍盒模型示意圖；圖1(b)是第一層模型，即頭部三維輔助線模型示意圖；圖1(c)是第二層模型，即頭部三維參考模型示意圖；圖1(d)是第三層模型，即頭部視點相關模型示意圖；圖2(a)是步驟2)設定的頭部形狀特征參數示意圖；圖2(b)是步驟3)建立的三維包圍盒示意圖；圖2(c)是三維包圍盒在正面平視視圖的投影示意圖；圖3(a)是步驟4)設定的輔助線特征參數示意圖；
圖3(b)是步驟5)建立頭部三維輔助線模型示意圖；圖4(a)是正面視圖中的輪廓及五官特征參數示意圖；圖4(b)是側面視圖中的輪廓及五官特征參數示意圖；圖5(a)是步驟6)設定的輪廓及五官特征參數示意圖；圖5(b)是步驟7)建立基于空間曲線的頭部三維參考模型示意圖；圖5(c)是三維參考模型在正面平視視圖的投影示意圖；圖6(a)是步驟8)在正面平視視圖中按照用戶的需求進行的風格化繪制示意圖；圖6(b)是步驟8)在斜側面平視視圖中按照用戶的需求進行的風格化繪制示意圖；圖7(a)是步驟8)在正面俯視視圖中按照用戶的需求進行的風格化繪制示意圖；圖7(b)是步驟8)在斜側面俯視視圖中按照用戶的需求進行的風格化繪制示意圖；圖7(c)是步驟10)利用視點相關模型，通過將三維模型投影與手繪信息的差異進行插值操作，在任意視點輸出的具有手繪風格的視圖；圖8(a-d)是用戶的手繪圖；圖8(e-h)是作為對比的系統自動繪制的具有用戶手繪風格的視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明方法的核心是建立一個層次化的視點相關模型。在這個模型中每深一層都包含更多的信息。在流程的每一步中，系統通過交互提取用戶的輸入，從而建立起每一層的模型。然后這一層模型的信息又再反饋給用戶，用戶以此為基礎輸入信息建立更深一層的模型，最后完成在一定范圍內任意視點的自動繪制。該模型一共分4層(見圖1)，其簡單的描述如下第零層模型(見圖1a)頭部三維包圍盒模型。包含了頭部寬度、高度和深度，以及基本形狀的信息。由此可以大致地了解到頭部的近似形狀。
第一層模型(見圖1b)頭部三維輔助線模型。包含了頭部中心輔助線和眼睛水平輔助線(十字)，以及眉毛、嘴巴、鼻子水平輔助線的位置信息。該模型表達出了頭部的基本輪廓、五官的大致位置和形狀。并可以將其利用到任意攝像機方向對應的輪廓上。
第二層模型(見圖1c)表達了五官位置、形狀以及臉部輪廓線信息的頭部三維參考模型。包含了眼睛、眼球、眉毛、鼻子、嘴巴、耳朵、下巴以及臉部輪廓線的位置、大小和基本形狀的信息。這個模型一方面作為參考模型提供給用戶指導手繪過程，另一方面也將作為視點相關模型中的基本模型用于系統自動繪制的方法。
第三層模型(見圖1d)包含了用戶的風格信息的視點相關模型。這個視點相關模型包含一個基本模型(Level 2)，一組基本攝像機方向上的手繪圖(也就是關鍵的變形信息)，以及與之對應的一組關鍵視點(用于關聯每個二維手繪圖與三維基本模型)。對于用戶給定的任意視點，系統可以通過插值將關鍵的變形作用到基本模型上，從而捕捉了用戶的風格并實現重用。
以下利用一個我們實現的例子來描述具體流程的實施方式1)讀入用于描述對象角色的參數模板該模板為系統內置的各種參數的建議值，包括頭部形狀特征參數、輔助線特征參數、輪廓及五官特征參數。系統包含多種風格人物的參數模板，這些參數的建議值符合美術領域人物繪畫的比例特征。
2)利用上述參數模板設定頭部形狀特征參數頭部形狀特征參數包括頭頂的坐標位置、頭部的高度、頭部的前、后、左、右端點的位置；設定的方法為手工指定參數對應特征點的位置，或利用步驟1)讀入的參數模板中提供的建議值。(見圖2a)3)利用上述頭部形狀特征參數建立頭部三維包圍盒模型該頭部三維包圍盒模型，即在空間直角坐標系中，利用頭部的高度和前、后、左、右端點位置建立的立方體模型。(見圖2b\2c)4)利用上述三維包圍盒模型在正面視圖上的投影，設定頭部輔助線特征參數頭部輔助線特征參數包括頭部中心輔助線的位置、眼睛水平輔助線的高度、眉毛水平輔助線的高度、鼻子水平輔助線的高度、嘴巴水平輔助線的高度；設定的方法為手工指定參數對應特征點的位置，或利用步驟1)讀入的參數模板中提供的建議值。(見圖3a)5)利用步驟3)建立的三維包圍盒模型和步驟4)設定的輔助線特征參數建立頭部三維輔助線模型該頭部三維輔助線模型，由表示頭部中心輔助線、眼睛水平輔助線、眉毛水平輔助線、鼻子水平輔助線、嘴巴水平輔助線的空間曲線構成，曲線的參數取自步驟3)建立的三維包圍盒模型及步驟4)設定的輔助線特征參數。(見圖3b)6)利用上述三維輔助線模型在正面視圖和側面視圖上的投影設定輪廓及五官特征參數輪廓及五官特征參數包括左、右眼睛的內側、外側、上端、下端共8個點，左、右眼球的內側、外側、上端、下端共8個點，左、右眉毛的內側、外側、上端共6個點，左、右耳朵的上內側、上端、外側、下端、下內側共10個點，鼻子上端、內側、尖端、下端共4個點，上、下嘴唇左側、中間、右側共6個點，左、右下巴線上端、下端共4個點，臉型控制共8個點，總計54個特征點參數；設定的方法為手工指定參數對應特征點的位置，或利用步驟1)讀入的參數模板中提供的建議值。(見圖4)7)利用步驟5)建立的三維輔助線模型和步驟6)輸入的輪廓及五官特征參數，建立起基于空間曲線的頭部三維參考模型該頭部三維參考模型，由表示左側臉部輪廓、右側臉部輪廓、左眼、右眼、左眼球、右眼球、左眉、右眉、左耳、右耳、鼻子、上嘴唇、下嘴唇、左側下巴線、右側下巴線的空間曲線構成，曲線的參數取自步驟5)建立的三維輔助線模型及步驟6)設定的輪廓及五官特征參數。(見圖5)8)利用上述頭部三維參考模型在指定的關鍵視點上的投影，用戶按照自己的需求輸入風格化的筆劃指定的關鍵視點為，分別在平視、俯視、仰視三種情況下，正面、右前側面、右側面、右后側面、左后側面、左側面、左前側面共7個視點，總計21個視點；輸入風格化筆劃的過程為利用交互界面分別繪制左側臉部輪廓、右側臉部輪廓、左眼、右眼、左眼球、右眼球、左眉、右眉、左耳、右耳、鼻子、上嘴唇、下嘴唇、左側下巴線、右側下巴線的筆劃。(見圖6)9)利用步驟7)建立的頭部三維參考模型和步驟8)輸入的風格化筆劃信息，建立頭部視點相關模型在該視點相關模型中，步驟7)建立的參考三維模型作為基本模型，步驟8)輸入的風格化筆劃作為關鍵的變形信息，步驟8)中指定的關鍵視點用于關聯每個變形信息與基本模型。
10)利用上述頭部視點相關模型，通過插值方法在用戶指定的任意視點上輸出具有手繪風格的視圖方法為，首先找到用戶指定視點周圍的4個關鍵視點；然后獲取步驟9)建立的視點相關模型中對應這些關鍵視點的變形信息；最后通過插值方法將這些變形信息作用到視點相關模型中的基本模型在該視點的投影上，得到該視點上具有手繪風格的視圖。(圖7)表達該變形信息的方法為，對于輪廓和五官的每個部位，將該視點對應的風格化筆劃同基本模型的投影建立相關性，即采取建立歸一化參數方程的方法，為風格化筆劃和基本模型投影上的每一點建立一一對應的關系，并依據這一對應關系建立差值向量，作為變形信息。
插值操作的輸入是根據三維參考模型產生的二維視圖(用戶指定的視點以及4個參考視點)；4個參考視點對應的手繪圖。輸出是目標視點對應的手繪風格視圖。對于每個繪制部位，當以上作為輸入的9條曲線使用上述的方法建立了相關性后，將計算4個參考視點上，該部位的手繪筆劃與三維參考模型該部位投影的差值向量，從而得到表達用戶風格的變形信息，然后將其重用到用戶指定的目標視點。首先計算出用戶指定視點與各個參考視點的距離，然后將參考視點上的差值向量以及與用戶指定視點的距離，通過插值計算出用戶指定視點的差值向量(可以選擇使用一次插值計算加權平均值，或者利用高次插值)，最后將這個差值向量與該視點三維參考模型的投影相加，得到最后的結果——用戶指定視點上具有手繪風格的視圖(見圖8)。
11)設定攝像機路徑，獲取攝像機路徑上的各個視點，利用對應于這些視點的上述具有手繪風格的視圖，生成幀序列并輸出一段面部動畫。該過程支持動畫的自動生成。
權利要求
1.一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法，其特征在于，方法的步驟如下1)讀入用于描述對象角色的參數模板，該模板為系統內置的各種參數的建議值，包括頭部形狀特征參數、輔助線特征參數、輪廓及五官特征參數；2)利用上述參數模板設定頭部形狀特征參數；3)利用上述頭部形狀特征參數建立頭部三維包圍盒模型；4)利用上述三維包圍盒模型在正面視圖上的投影，設定頭部輔助線特征參數；5)利用步驟3)建立的三維包圍盒模型和步驟4)設定的輔助線特征參數建立頭部三維輔助線模型；6)利用上述三維輔助線模型在正面視圖和側面視圖上的投影，設定輪廓及五官特征參數；7)利用步驟5)建立的三維輔助線模型和步驟6)輸入的輪廓及五官特征參數，建立起基于空間曲線的頭部三維參考模型；8)利用上述頭部三維參考模型在指定的關鍵視點上的投影，用戶按照自己的需求輸入風格化的筆劃；9)利用步驟7)建立的頭部三維參考模型和步驟8)輸入的風格化筆劃信息，建立頭部視點相關模型；10)利用上述頭部視點相關模型，通過插值方法在用戶指定的任意視點上輸出具有手繪風格的視圖；11)設定攝像機路徑，獲取攝像機路徑上的各個視點，利用對應于這些視點的上述具有手繪風格的視圖，生成幀序列并輸出一段面部動畫。
2.根據權利要求1所述的一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法，其特征在于，所述的利用上述參數模板設定頭部形狀特征參數頭部形狀特征參數包括頭頂的坐標位置、頭部的高度、頭部的前、后、左、右端點的位置；設定的方法為手工指定參數對應特征點的位置，或利用步驟1)讀入的參數模板中提供的建議值。
3.根據權利要求1所述的一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法，其特征在于，所述的利用上述頭部形狀特征參數建立頭部三維包圍盒模型該頭部三維包圍盒模型，即在空間直角坐標系中，利用頭部的高度和前、后、左、右端點位置建立的立方體模型。
4.根據權利要求1所述的一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法，其特征在于，所述的利用上述三維包圍盒模型在正面視圖上的投影，設定頭部輔助線特征參數頭部輔助線特征參數包括頭部中心輔助線的位置、眼睛水平輔助線的高度、眉毛水平輔助線的高度、鼻子水平輔助線的高度、嘴巴水平輔助線的高度；設定的方法為手工指定參數對應特征點的位置，或利用步驟1)讀入的參數模板中提供的建議值。
5.根據權利要求1所述的一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法，其特征在于，所述的利用三維包圍盒模型和輔助線特征參數建立頭部三維輔助線模型該頭部三維輔助線模型，由表示頭部中心輔助線、眼睛水平輔助線、眉毛水平輔助線、鼻子水平輔助線、嘴巴水平輔助線的空間曲線構成，曲線的參數取自步驟3)建立的三維包圍盒模型及步驟4)設定的輔助線特征參數。
6.根據權利要求1所述的一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法，其特征在于，所述的利用上述三維輔助線模型在正面視圖和側面視圖上的投影設定輪廓及五官特征參數輪廓及五官特征參數包括左、右眼睛的內側、外側、上端、下端共8個點，左、右眼球的內側、外側、上端、下端共8個點，左、右眉毛的內側、外側、上端共6個點，左、右耳朵的上內側、上端、外側、下端、下內側共10個點，鼻子上端、內側、尖端、下端共4個點，上、下嘴唇左側、中間、右側共6個點，左、右下巴線上端、下端共4個點，臉型控制共8個點，總計54個特征點參數；設定的方法為手工指定參數對應特征點的位置，或利用步驟1)讀入的參數模板中提供的建議值。
7.根據權利要求1所述的一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法，其特征在于，所述的利用三維輔助線模型和輪廓及五官特征參數，建立起基于空間曲線的頭部三維參考模型該頭部三維參考模型，由表示左側臉部輪廓、右側臉部輪廓、左眼、右眼、左眼球、右眼球、左眉、右眉、左耳、右耳、鼻子、上嘴唇、下嘴唇、左側下巴線、右側下巴線的空間曲線構成，曲線的參數取自步驟5)建立的三維輔助線模型及步驟6)設定的輪廓及五官特征參數。
8.根據權利要求1所述的一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法，其特征在于，所述的利用上述頭部三維參考模型在指定的關鍵視點的投影，用戶按照自己的需求輸入風格化的筆劃指定的關鍵視點為，分別在平視、俯視、仰視三種情況下，正面、右前側面、右側面、右后側面、左后側面、左側面、左前側面共7個視點，總計21個視點；輸入風格化筆劃的過程為利用交互界面分別繪制左側臉部輪廓、右側臉部輪廓、左眼、右眼、左眼球、右眼球、左眉、右眉、左耳、右耳、鼻子、上嘴唇、下嘴唇、左側下巴線、右側下巴線的筆劃。
9.根據權利要求1所述的一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法，其特征在于，所述的利用步驟頭部三維參考模型和風格化筆劃信息，建立頭部視點相關模型在該視點相關模型中，步驟7)建立的參考三維模型作為基本模型，步驟8)輸入的風格化筆劃作為關鍵的變形信息，步驟8)中指定的關鍵視點用于關聯每個變形信息與基本模型。
10.根據權利要求1所述的一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法，其特征在于，所述的利用上述頭部視點相關模型，通過插值方法在用戶指定的任意視點上輸出具有手繪風格的視圖首先找到用戶指定視點周圍的4個關鍵視點；然后獲取步驟9)建立的視點相關模型中對應這些關鍵視點的變形信息；最后通過插值方法將這些變形信息作用到視點相關模型中的基本模型在該視點的投影上，得到該視點上具有手繪風格的視圖；表達該變形信息的方法為，對于輪廓和五官的每個部位，將該視點對應的風格化筆劃同基本模型的投影建立相關性，即采取建立歸一化參數方程的方法，為風格化筆劃和基本模型投影上的每一點建立一一對應的關系，并依據這一對應關系建立差值向量，作為變形信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于層次化視點相關模型的計算機輔助二維手繪動畫方法。方法的步驟如下1)讀入參數模板；2)設定形狀參數；3)建立三維包圍盒模型；4)設定輔助線參數；5)建立三維輔助線模型；6)設定輪廓等參數；7)建立三維參考模型；8)用戶輸入風格化的筆劃；9)利用三維參考模型和風格化筆劃信息建立視點相關模型；10)通過插值方法在任意視點上輸出具有手繪風格的視圖；11)設定攝像機路徑，輸出一段動畫。本發(fā)明實現了從用戶繪制的少量手繪圖中提取信息，從而在任意視點上自動繪制具有正確透視關系及用戶特有風格視圖的功能。解決了傳統美術動畫制作方法效率不高，以及現有計算機輔助手繪動畫技術中存在的透視關系或風格信息缺失的問題。
文檔編號G06T17/00GK1920884SQ20061005337
公開日2007年2月28日 申請日期2006年9月13日 優(yōu)先權日2006年9月13日
發(fā)明者耿衛(wèi)東, 李響, 徐筠 申請人:浙江大學