專利名稱：二維動畫角色的自動匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ニ維動畫領(lǐng)域，尤其是涉及ー種ニ維動畫角色的自動匹配方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，高質(zhì)量的ニ維動畫有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，包括影視、娛樂、教育、廣告等多個領(lǐng)域。我國“十一五”規(guī)劃綱要明確提出，鼓勵數(shù)字內(nèi)容產(chǎn)業(yè)發(fā)展，而當(dāng)前“十二五”規(guī)劃建議也提出，要把文化作為支柱產(chǎn)業(yè)來發(fā)展。動漫產(chǎn)業(yè)作為數(shù)字內(nèi)容產(chǎn)業(yè)和文化產(chǎn)業(yè)ー個重要方面，必將成為我們國家在“十二五”期間極具爆發(fā)カ的ー個產(chǎn)業(yè)。目前，ニ維動畫制作一般采用基于關(guān)鍵幀的方法，其主要步驟包括關(guān)鍵幀繪制，中間幀繪制以及著色等。這些步驟枯燥繁瑣，且制作效率低，是制約動畫發(fā)展的瓶頸。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，ニ維動畫制作過程中的很多工作和任務(wù)已經(jīng)可以由計算機輔助完成。但是， 因ニ維動畫制作流程的特殊性，目前的計算機輔助動畫主要還是指動畫的后期制作階段。其主要的中間幀繪制及著色，由于無法實現(xiàn)關(guān)鍵幀中角色的自動匹配，需要由動畫師手動建立匹配關(guān)系，使得新動畫片的制作效率極低。另ー方面，由于錯誤匹配的存在，動畫師對已有的成品和半成品ニ維動畫，無法進行有效的自動檢索和復(fù)用。ニ維動畫關(guān)鍵幀中蘊含的對象結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形狀變化大，實現(xiàn)關(guān)鍵幀中角色的“語義理解”，從而支持關(guān)鍵幀中角色的自動匹配，發(fā)揮已有動畫數(shù)據(jù)的資源優(yōu)勢，具有重大的實踐應(yīng)用價值。在目前的ニ維動畫角色的匹配研究中，早期的Fekete J-D，Bizouarn E([l]Fekete J-D, Bizouarn E. et al. Tici'acToon A paperless system for professions丄2D animation [J]. Computer Graphics，1995，29 (4) :79-80)提出了 ニ維動幽制作系統(tǒng)“TicTacToon”，即商業(yè)軟件“Toon Boom Studio”的原型。該系統(tǒng)通過一整套數(shù)字化方法(digitalization)幫助動畫師實現(xiàn)“無紙化”卡通動畫制作。然而在中間幀繪制(Inbetweening)方面，“TicTacToon”及之后的“Toon Boom Studio”依然靠人力完成，即先由動畫師手動建立關(guān)鍵幀角色之間的匹配關(guān)系，再釆用插值(Interpolation)的辦法生成中間1P貝。其后，Kort ([2」Alexander Kort，Computer aided inbetweening, Proceedings ofthe 2nd international symposium on Non-photorealistic animation and rendering，June 03_05，2002，Annecy, France)提出一種針對矢量(vectorization)圖形的中間中貞自動繪制算法，即先將每幀包含的曲線分組，然后用戶依據(jù)一定規(guī)則建立目標函數(shù)，并通過優(yōu)化目標函數(shù)(objective function optimization)建立曲線之間的匹配關(guān)系。但該方法僅適用于相對簡單的動畫，比如剪影動畫(cut-out animation) □之后，T.-Y. Li和J. R. Chen ([3]Τ. -Y. Li，J. R. Chen, 2006. 12，“Procedural Rhythmic Character Animation An Interactive Chinese Lion Dance，’’Computer Animation and Virtual Worlds, 17 (5)551-564)提出了類似的匹配算法，但由于釆用了局部優(yōu)化的方式，因此當(dāng)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)及形變等剛體及非剛體變換時，該算法無法有效建立匹配關(guān)系。除了矢量圖形，Seah和Feng([4]
H.Seah and J. Lu " Computer-assisted mbetweenmg of line drawings Imagematching" , Proc. IEEE Int. Conf. Comput. Aided Des. Comput. Graph. , 2001 :193-200 ； [5]J. Lu, H. S. Seah and T. Feng " Computer-assisted cel animation :Post_processingafter inbetweening " , Proc. ACM Int.Conf.Comput.Graph.Interactive Techn.Australasia South East Asia, 2003 :13-20)提出了一套針對光柵圖像(Raster Image)的中間巾貞自動繪制算法。該方法通過計算光流(optical flow)實現(xiàn)匹配關(guān)系自動建立。針對水流，火焰等自然物體，該方法能得到很好的效果，然而針對人物等復(fù)雜ニ維角色，該算法并不能有效保證中間幀的平滑及完整。因此，依然需要由動畫師手動建立匹配關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在ニ維動畫制作環(huán)境下的ニ維動畫角色的自動匹配方法。本發(fā)明包括以下步驟I)基于兩個關(guān)鍵幀中的角色信息，分別提取角色中的特征點；2)對每個角色中的特征點，采用特征描述算法，為每個特征點分配尺度和方向并生成高維特征向量；3)基于步驟I)中已獲得的特征點，構(gòu)造滿足鄰接關(guān)系的馬爾可夫隨機場；4)依據(jù)步驟3)中所得到的馬爾可夫隨機場，并結(jié)合步驟2)所得到的高維特征向量，計算最大后驗概率，尋找出能量函數(shù)的極小點，從而建立動畫角色的匹配關(guān)系。在步驟I)中，所述提取角色中的特征點，可通過關(guān)鍵幀中角色的線長度和曲率信息獲得特征點。在步驟2)中，所述采用特征描述算法的具體方法可為計算每個特征點的尺度不變性和旋轉(zhuǎn)不變性，首先對其中一個關(guān)鍵幀中的角色P的特征點Pi和q，計算出相對其余η-i個特征點的直方圖Iii hj (k) = #{q ^ Pi (q-Pi) e bin(k)}其中,直方圖Iii就是特征點Pi的尺度空間，k表示特征點的維度,bin (k)是在k維度下的極坐標空間；然后，通過下面公式得到特征點的尺度空間
權(quán)利要求
1.二維動畫角色的自動匹配方法，其特征在于包括以下步驟 1)基于兩個關(guān)鍵幀中的角色信息，分別提取角色中的特征點； 2)對每個角色中的特征點，采用特征描述算法，為每個特征點分配尺度和方向并生成高維特征向量； 3)基于步驟I)中已獲得的特征點，構(gòu)造滿足鄰接關(guān)系的馬爾可夫隨機場； 4)依據(jù)步驟3)中所得到的馬爾可夫隨機場，并結(jié)合步驟2)所得到的高維特征向量，計算最大后驗概率，尋找出能量函數(shù)的極小點，從而建立動畫角色的匹配關(guān)系。
2.如權(quán)利要求I所述的二維動畫角色的自動匹配方法，其特征在于在步驟I)中，所述提取角色中的特征點，是通過關(guān)鍵幀中角色的線長度和曲率信息獲得特征點。
3.如權(quán)利要求I所述的二維動畫角色的自動匹配方法，其特征在于在步驟2)中，所述采用特征描述算法的具體方法為計算每個特征點的尺度不變性和旋轉(zhuǎn)不變性，首先對其中一個關(guān)鍵巾貞中的角色P的特征點Pi和q，計算出相對其余n-1個特征點的直方圖Iii hi (k) = #{q ^ Pi (q-Pi) G bin (k)} 其中，直方圖Iii就是特征點Pi的尺度空間，k表示特征點的維度，bin(k)是在k維度下的極坐標空間；然后，通過下面公式得到特征點的尺度空間
4.如權(quán)利要求I所述的二維動畫角色的自動匹配方法，其特征在于在步驟3)中，所述構(gòu)造滿足鄰接關(guān)系的馬爾可夫隨機場的具體方法為首先以兩個關(guān)鍵幀中提取的特征點做為頂點V，以兩角色中特征點之間的鄰接關(guān)系做為邊E，然后通過K最鄰近結(jié)點算法為每條邊添加權(quán)重，最后就構(gòu)造出具有鄰接關(guān)系的馬爾可夫隨機場
5.如權(quán)利要求I所述的二維動畫角色的自動匹配方法，其特征在于在步驟4)中，所述計算最大后驗概率的具體方法為尋找出能量函數(shù)的極小點，建立動畫角色的匹配關(guān)系；首先設(shè)置一個關(guān)鍵幀角色中的特征點為P，另一個關(guān)鍵幀角色中的特征點為L，目的在于尋找一個最大后驗概率的其計算公式為
全文摘要
二維動畫角色的自動匹配方法，涉及二維動畫領(lǐng)域。提供一種在二維動畫制作環(huán)境下的二維動畫角色的自動匹配方法?；趦蓚€關(guān)鍵幀中的角色信息，分別提取角色中的特征點；對每個角色中的特征點，采用特征描述算法，為每個特征點分配尺度和方向并生成高維特征向量；基于已獲得的特征點，構(gòu)造滿足鄰接關(guān)系的馬爾可夫隨機場；依據(jù)所得到的馬爾可夫隨機場，并結(jié)合所得到的高維特征向量，計算最大后驗概率，尋找出能量函數(shù)的極小點，從而建立動畫角色的匹配關(guān)系。使得關(guān)鍵幀中的角色在變形、縮放、平移以及旋轉(zhuǎn)等條件下具有尺度不變性和旋轉(zhuǎn)不變性。更能在幾何變形因素的影響下保持角色原有的特性不變，為角色間的精確匹配提供了必要的保障。
文檔編號G06T13/80GK102708583SQ201210132518
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者俞俊, 周昌樂, 宋智軍 申請人:廈門大學(xué)