一種“質(zhì)點(diǎn)-彈簧”系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)集模型動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種由“質(zhì)點(diǎn)-彈簧”系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)集模型動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成方法。方法首先讀取點(diǎn)集模型數(shù)據(jù)，將其縮放為指定大小，并計(jì)算縮放后模型的坐標(biāo)軸向包圍盒；然后通過(guò)剖分包圍盒建立“質(zhì)點(diǎn)-彈簧”系統(tǒng)，同時(shí)確定彈簧格網(wǎng)與點(diǎn)集模型中各點(diǎn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；根據(jù)設(shè)定的初始條件和運(yùn)動(dòng)基本定律，分析“質(zhì)點(diǎn)-彈簧”系統(tǒng)的受力情況，由彈簧系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)集中各點(diǎn)的位置更新。在點(diǎn)集變化過(guò)程中，由當(dāng)前時(shí)刻點(diǎn)集模型構(gòu)建點(diǎn)集曲面，并將點(diǎn)集曲面進(jìn)行網(wǎng)格化處理，再通過(guò)繪制網(wǎng)格模型生成動(dòng)畫(huà)的當(dāng)前幀；動(dòng)畫(huà)的后續(xù)幀由動(dòng)力學(xué)方程所確定的下一時(shí)刻的彈簧系統(tǒng)狀態(tài)決定。本方法只需設(shè)定系統(tǒng)的初始狀態(tài)便可自動(dòng)地生成點(diǎn)集模型運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)集模型動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開(kāi)一種"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)集模型動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成方法，該方法屬 于計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及點(diǎn)集動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成的技術(shù)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)領(lǐng)域中，生成動(dòng)畫(huà)的方法主要有以下三種：逐幀法、關(guān)鍵幀法和骨骼 動(dòng)畫(huà)。幀是指動(dòng)畫(huà)中最小單位的單幅影像畫(huà)面，相當(dāng)于電影膠片上的每一格鏡頭，在動(dòng)畫(huà)軟 件的時(shí)間軸上巾貞表現(xiàn)為一格。
[0003] 逐幀法就是對(duì)每一幀的內(nèi)容進(jìn)行逐個(gè)編輯和繪制，然后按照時(shí)間順序依次播放形 成動(dòng)畫(huà)。該類(lèi)方法主要用于傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)的制作。其優(yōu)點(diǎn)是：仿真性好，自由度高，能模擬各種 畫(huà)面變化；不足之處在于：動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)工作非常繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度巨大。
[0004] 關(guān)鍵幀法是指在動(dòng)畫(huà)的制作過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員只負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)動(dòng)畫(huà)的關(guān)鍵性畫(huà)面，由 計(jì)算機(jī)通過(guò)插值計(jì)算生成中間的過(guò)渡幀，進(jìn)而完成動(dòng)畫(huà)的制作。相對(duì)于逐幀法，該類(lèi)方法顯 著地減少了動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)人員的工作量，降低了動(dòng)畫(huà)制作的成本；其不足之處是：在處理較為 復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程時(shí)，仍需要繪制大量的關(guān)鍵幀才能保證動(dòng)畫(huà)畫(huà)面的真實(shí)感效果；若部分關(guān) 鍵幀設(shè)置不當(dāng)，還會(huì)在動(dòng)畫(huà)中產(chǎn)生動(dòng)作失真等現(xiàn)象。
[0005] 骨骼動(dòng)畫(huà)（參見(jiàn)：戚軍，專(zhuān)利"一種骨骼動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)方法"，申請(qǐng)?zhí)枺?CN201110362515. 2)技術(shù)中，動(dòng)畫(huà)模型由兩個(gè)部分來(lái)表示：一部分是用層次結(jié)構(gòu)表示的一 系列骨骼（即骨架），每一個(gè)骨骼都包含了其自身的動(dòng)畫(huà)數(shù)據(jù)；另一部分是蒙在骨架上的皮 膚（即網(wǎng)格模型），用于提供動(dòng)畫(huà)繪制所需要的幾何模型和紋理材質(zhì)信息等。通過(guò)對(duì)骨架進(jìn) 行動(dòng)畫(huà)模擬，再利用骨骼控制皮膚就生成了骨骼動(dòng)畫(huà)效果。相對(duì)于關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)，該方法在 生成動(dòng)畫(huà)時(shí)，只需存儲(chǔ)每一幀的骨骼（骨骼數(shù)目相對(duì)較少）數(shù)據(jù)，因而占用空間較小，并且 多個(gè)皮膚可以共享相同骨骼以生成不同的動(dòng)畫(huà)；不足之處在于：骨骼動(dòng)畫(huà)渲染過(guò)程中耗時(shí) 較多，骨髓與皮膚之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系不易把握。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)集模型動(dòng)畫(huà)自 動(dòng)生成方法。該方法基于點(diǎn)集模型和物理運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過(guò)設(shè)定動(dòng)畫(huà)運(yùn)動(dòng)的初始條件，快速、 自動(dòng)地生成符合自然物理規(guī)律的模型運(yùn)動(dòng)及曲面變形效果。相對(duì)于關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)，本方法無(wú) 需繪制關(guān)鍵幀，從而減少了設(shè)計(jì)人員的工作量，節(jié)約了動(dòng)畫(huà)制作的成本；相對(duì)于骨骼動(dòng)畫(huà)， 本方法無(wú)需定義骨骼的運(yùn)動(dòng)軌跡，渲染刷新速度快，便于動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)單、快捷地進(jìn)行動(dòng) 畫(huà)制作。
[0007] 本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)集模型動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成方法，其步驟是：
[0009] a.點(diǎn)集模型預(yù)處理：讀取點(diǎn)集模型數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是確定坐標(biāo)系下一系列三維空間 頂點(diǎn)的坐標(biāo)；分別選取點(diǎn)集模型中頂點(diǎn)坐標(biāo)在X、y、Z方向上的最大值和最小值，并根據(jù)這 些值構(gòu)建各棱均平行于坐標(biāo)軸的軸向包圍盒B1 ;對(duì)包圍盒B1和包圍盒中的點(diǎn)集等比例縮 放，使其最長(zhǎng)棱邊為L(zhǎng)，形成規(guī)格化點(diǎn)集模型和包圍盒B2 ;將規(guī)格化模型及其包圍盒B2平移 至坐標(biāo)系空間中的易處理位置；
[0010] b.建立"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)：將包圍盒B2中平行于X、y、z軸的各條棱剖分成Np N2、N 3份，稱(chēng)每份的長(zhǎng)度為段元，形成大小為N1XN2XN3的空間柵格結(jié)構(gòu)，其將包圍盒B 2剖分 成一系列小的柵格單元；選取包圍盒B2的8個(gè)頂點(diǎn)中坐標(biāo)分量最小者記為P，計(jì)算其它柵 格頂點(diǎn)相對(duì)于點(diǎn)P偏離的段元數(shù)目，得到各柵格頂點(diǎn)坐標(biāo)；在柵格頂點(diǎn)處放置質(zhì)量為M的質(zhì) 點(diǎn)，將每一質(zhì)點(diǎn)與其相鄰或間隔相鄰質(zhì)點(diǎn)采用剛度系數(shù)為K的彈簧相連，得到"質(zhì)點(diǎn)-彈簧" 系統(tǒng)；
[0011] C.關(guān)聯(lián)模型頂點(diǎn)與彈簧格網(wǎng)：建立點(diǎn)集模型中每個(gè)點(diǎn)V e p與其所在的"質(zhì)點(diǎn)-彈 簧"系統(tǒng)中確定空間柵格單元之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系：先確定點(diǎn)集模型中任一點(diǎn)所在柵格的索引 號(hào)和點(diǎn)V在柵格中所處的局部相對(duì)位置；根據(jù)模型點(diǎn)V所在柵格相對(duì)于點(diǎn)P偏離的段元數(shù) 目，計(jì)算柵格的索引號(hào)；選取點(diǎn)V所在柵格中的一點(diǎn)作為基點(diǎn)b，建立點(diǎn)V和基點(diǎn)b的相對(duì) 關(guān)系；
[0012] d.施加作用力于彈簧系統(tǒng)：設(shè)置質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)初始狀態(tài)，如彈簧的質(zhì)量M、初始的速度 V等參數(shù)，對(duì)"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)中的部分或所有質(zhì)點(diǎn)施加作用力，改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
[0013] e.分析彈簧系統(tǒng)的受力情況，并更新點(diǎn)集坐標(biāo)：檢測(cè)"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)中的每個(gè) 質(zhì)點(diǎn)，根據(jù)彈簧連接關(guān)系分析質(zhì)點(diǎn)受力情況：計(jì)算其受到彈簧內(nèi)部力、阻尼、重力等的合力； 然后根據(jù)牛頓定律求解每一質(zhì)點(diǎn)的加速度、速度、位移量等信息以及其在下一時(shí)刻的位置 坐標(biāo)；
[0014] f.構(gòu)建點(diǎn)集模型相應(yīng)的點(diǎn)集曲面：根據(jù)當(dāng)前點(diǎn)集模型中各點(diǎn)的空間位置，運(yùn)用曲 面擬合方法構(gòu)造當(dāng)前點(diǎn)集模型的隱式曲面表示；
[0015] g.網(wǎng)格化點(diǎn)集曲面：將隱式曲面所在的空間剖分為小立方體（Cubes)的集合，采 用基于空間剖分的Marching Cubes方法，對(duì)隱式曲面在各小立方體內(nèi)的部分進(jìn)行三角化處 理，并將所有小立方體內(nèi)的三角化結(jié)果集合起來(lái)，將隱式曲面轉(zhuǎn)化為三角網(wǎng)格模型；
[0016] h.動(dòng)畫(huà)生成：將生成的網(wǎng)格模型渲染成動(dòng)畫(huà)的當(dāng)前幀，而由動(dòng)力學(xué)方程所確定的 下一時(shí)刻的彈簧系統(tǒng)狀態(tài)決定動(dòng)畫(huà)的下一幀，反復(fù)迭代（即回到第e步，迭代分析彈簧系統(tǒng) 的受力情況、更新點(diǎn)集坐標(biāo)、重建網(wǎng)格模型），直到生成所需的動(dòng)畫(huà)幀系列為止。這一系列的 連續(xù)幀實(shí)現(xiàn)了動(dòng)畫(huà)的自動(dòng)生成。
[0017] 本發(fā)明方法相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] (1)同時(shí)適用于2D、3D動(dòng)畫(huà)領(lǐng)域，可用于各種基于物理規(guī)律動(dòng)畫(huà)的生成；
[0019] (2)只須給定初始狀態(tài)，后繼的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)自動(dòng)迭代產(chǎn)生， 無(wú)需考慮復(fù)雜的中間環(huán)節(jié)，極大地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)人員的工作量；
[0020] (3)根據(jù)參數(shù)設(shè)定質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量、彈簧的勁度系數(shù)、阻尼、重力加速度等，通過(guò)不同的 組合方式可產(chǎn)生不同的動(dòng)畫(huà)效果。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是本發(fā)明方法的流程圖及相關(guān)數(shù)據(jù)的變換情況；
[0022] 圖2是縮放前后點(diǎn)集模型的包圍盒示例：其中（a)是縮放前的包圍盒，（b)是縮放 后的包圍盒；
[0023] 圖3是柵格化后的包圍盒示例（取N1 = 4, N2 = 3, N3 = 2);
[0024] 圖4是柵格頂點(diǎn)偏離點(diǎn)p段元數(shù)目示意圖；
[0025] 圖5是2D條件下"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)的實(shí)例：(a)是"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)， (b)是結(jié)構(gòu)彈簧，（c)是剪切彈簧，（d)是彎曲彈簧；
[0026] 圖6是模型點(diǎn)在柵格中相對(duì)于基點(diǎn)所處位置的示意圖；
[0027] 圖7為隱式曲面在一個(gè)小立方體內(nèi)的部分可以用三角形逼近的示意圖；
[0028] 圖8為小立方體頂點(diǎn)不同符號(hào)配置的15種簡(jiǎn)化情況。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
[0030] 如圖1所示，一種"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)集模型動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成方法，其具體 實(shí)施步驟如下：
[0031] 根據(jù)用戶(hù)讀取的點(diǎn)集模型數(shù)據(jù)以及設(shè)定的初始條件：規(guī)格長(zhǎng)度L，包圍盒等分的 份數(shù)HN 3，彈簧的初始長(zhǎng)度Ltl (Ltl是彈簧連接的兩質(zhì)點(diǎn)間的距離），彈簧的剛度系數(shù)K(K =ct/Lci，本實(shí)例中，α =15.0)，質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量Μ，阻尼系數(shù)Cd等，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)集模型動(dòng)畫(huà)的自動(dòng)生 成。
[0032] 1.點(diǎn)集模型的預(yù)處理：本實(shí)例對(duì)讀入的點(diǎn)集模型構(gòu)建長(zhǎng)方體軸向包圍盒B1，確定 L與包圍盒B1的最長(zhǎng)棱邊之間的比例，依據(jù)此比例對(duì)點(diǎn)集模型和長(zhǎng)方體包圍盒B1進(jìn)行成比 例縮放處理，并移動(dòng)二者的幾何中心至坐標(biāo)原點(diǎn)。具體做法為：
[0033] a)由文件讀取點(diǎn)集模型數(shù)據(jù)至內(nèi)存，建立一維數(shù)組存放點(diǎn)集，并定義頂點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)，包含X，y，Z三個(gè)分量,存放點(diǎn)集的坐標(biāo)值。與此同時(shí),記錄X, y, z三個(gè)方向上的最小 值X1, Y1, Z1和最大值X2, y2, Z2。則長(zhǎng)方體包圍盒8個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)為（X1, Y1, Z1)、（X1, Y1, Z2)、 (X1, y2, Z1)、（X1, y2, z2)、（x2, y" Z1)、（x2, y" z2)、（x2, y2, Z1)、（x2, y2, Z2)，即可確定長(zhǎng)方體包圍 盒B1的大小，可參考附圖2(a)。
[0034] b)長(zhǎng)方體包圍盒B1的長(zhǎng)寬高分別為W、H、D，本實(shí)例中，規(guī)格長(zhǎng)度L = 2,則放縮比 例為：
[0035] μ = max (ff, H, D) /L
[0036] 依據(jù)μ對(duì)點(diǎn)集模型和長(zhǎng)方體包圍盒B1進(jìn)行成比例縮放處理，形成規(guī)格化點(diǎn)集模 型和包圍盒B 2，參考附圖2(b)，并移動(dòng)二者的幾何中心至坐標(biāo)原點(diǎn)。
[0037] 2.建立"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)：本實(shí)例中，將長(zhǎng)方體包圍盒B2平行于x，y，ζ軸的各條 棱等分成&、隊(duì)、隊(duì)份（取N 1 = 6，N2 = 6，N3 = 6)，并稱(chēng)每份為段元；形成大小為N1XN2XN3 的空間柵格結(jié)構(gòu)，其將包圍盒B2剖分為一系列小的空間柵格單元，附圖3為4 X 3 X 2的空間 柵格結(jié)構(gòu)示意圖。設(shè)定包圍盒B2的8個(gè)頂點(diǎn)中X，y，ζ值均小于0的點(diǎn)為p (參考附圖4)， 若Dx、Dy、Dz是空間柵格結(jié)構(gòu)中任意網(wǎng)格點(diǎn)q相對(duì)于網(wǎng)格點(diǎn)p所偏離的段元數(shù)目，點(diǎn)q的坐 標(biāo)（i，j，k)可表示為：
[0038] i = (Dx-N1^) Xff/(μ XN1)
[0039] j = (Dy-N2/2) ΧΗ/(μ XN2)
[0040] k = (Dz_N3/2) X D/ ( μ X N3)
[0041] 進(jìn)而在柵格頂點(diǎn)處放置質(zhì)點(diǎn)，每一質(zhì)點(diǎn)與其相鄰或間隔質(zhì)點(diǎn)之間使用勁度系數(shù)為 K的彈簧進(jìn)行連接，可參考附圖5。
[0042] a)結(jié)構(gòu)彈簧：結(jié)構(gòu)彈簧是將一個(gè)質(zhì)點(diǎn)和與它直接相連的質(zhì)點(diǎn)連接，可參考附圖 5 (b)。
[0043] b)剪切彈簧：剪切彈簧是將一個(gè)質(zhì)點(diǎn)和與它對(duì)角的質(zhì)點(diǎn)連接，可參考附圖5(c)。
[0044] c)柔性彈簧：柔性彈簧跨過(guò)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，將一個(gè)質(zhì)點(diǎn)和它的間隔質(zhì)點(diǎn)相連，可參考 附圖5(d)。
[0045] 對(duì)于長(zhǎng)方體柵格網(wǎng)而言，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)共有6條結(jié)構(gòu)彈簧、6條柔性彈簧、12條剪切彈 簧，邊界點(diǎn)處需特殊考慮。對(duì)所有質(zhì)點(diǎn)添加彈簧后，最后得到"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)。
[0046] 3.關(guān)聯(lián)模型頂點(diǎn)與彈簧格網(wǎng)：在本實(shí)例中，建立彈簧格網(wǎng)與點(diǎn)集模型中每個(gè)點(diǎn)的 關(guān)聯(lián)關(guān)系主要包括兩步：求解模型點(diǎn)V所在柵格的索引號(hào)和點(diǎn)V在柵格中所處的位置。具 體做法如下：
[0047] a)由步驟2可知，模型點(diǎn)V所在柵格相對(duì)于網(wǎng)格點(diǎn)p所偏離的段元數(shù)目分別為Dx、 Dy、Dz，換句話(huà)說(shuō)Dx、Dy、Dz分別為點(diǎn)V所在柵格的X，y，z軸方向上的索引號(hào)，將其轉(zhuǎn)化為一 維形式，即：
[0048] Iindex = DjDyXNADzXN1XN2
[0049] 其中 Dx e [Oj1-ILDy e [0, N2-I], Dz e [0, N3-I]。式中 index 是點(diǎn) V 在長(zhǎng)方體 包圍盒B2中所對(duì)應(yīng)的柵格。
[0050] b)以"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)中每一個(gè)小柵格的幾何中心點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，構(gòu)建局部空 間坐標(biāo)系，其坐標(biāo)軸向與全局坐標(biāo)系保持一致。將小柵格8個(gè)頂點(diǎn)中X，y，z坐標(biāo)值都處于 坐標(biāo)系負(fù)軸的點(diǎn)作為基點(diǎn)b (bx，by，bz)，計(jì)算基點(diǎn)與相鄰的三個(gè)頂點(diǎn)的長(zhǎng)度，分別記為R x、Ry、 Rz。進(jìn)而記錄每個(gè)模型點(diǎn)v(vx，vy vz)在三個(gè)分量上與基點(diǎn)的距離（可參考附圖6)，并計(jì)算 出所占比例Px、P y、Pz，即點(diǎn)集模型中的比例值為：
[0051] Px = (v x-bx)/Rx ；
[0052] Py = (v y-by) /Ry ；
[0053] Pz = (v z-bz)/Rz〇
[0054] 4.施加作用力于彈簧系統(tǒng)：設(shè)置質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)初始狀態(tài)，如質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量M = 0· 01等參 數(shù)，對(duì)"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)中的部分質(zhì)點(diǎn)施加作用力，改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0055] 5.分析彈簧系統(tǒng)的受力情況，并更新點(diǎn)集坐標(biāo)：在本實(shí)例中，通過(guò)逐行掃描的方 法，檢測(cè)每一質(zhì)點(diǎn)受到彈簧內(nèi)部力、阻尼、重力等的合力；然后根據(jù)牛頓定律和顯性歐拉積 分法求解每一質(zhì)點(diǎn)在下一時(shí)刻的位置坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)的整體更新；
[0056] 進(jìn)而由彈簧系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)集模型中各點(diǎn)的位置更新。主要分為以下3步：
[0057] a)檢測(cè)"質(zhì)點(diǎn)-彈簧"系統(tǒng)中的質(zhì)點(diǎn)，通過(guò)逐行掃描的辦法，檢測(cè)每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的受 力情況。下面我們就其受力做具體分析：
[0058] 首先，每一質(zhì)點(diǎn)都受到彈簧系統(tǒng)內(nèi)部力，用表示質(zhì)點(diǎn)i和質(zhì)點(diǎn)j之間的彈簧作 用在質(zhì)點(diǎn)i上的力，這里的彈簧遵循Hooke定律，則有：

【權(quán)利要求】
1. 一種"質(zhì)點(diǎn)-彈黃"系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)集模型動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成方法，其步驟是： a. 點(diǎn)集模型預(yù)處理；讀取點(diǎn)集模型數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是確定坐標(biāo)系下一系列H維空間頂點(diǎn) 的坐標(biāo)；分別選取點(diǎn)集模型中頂點(diǎn)坐標(biāo)在X、y、Z方向上的最大值和最小值，并根據(jù)該些值 構(gòu)建各棱均平行于坐標(biāo)軸的軸向包圍盒Bi ;對(duì)包圍盒Bi和包圍盒中的點(diǎn)集等比例縮放，使 其最長(zhǎng)棱邊為以形成規(guī)格化點(diǎn)集模型和包圍盒B,;將規(guī)格化模型及其包圍盒B,平移至坐標(biāo) 系空間中的易處理位直； b. 建立"質(zhì)點(diǎn)-彈黃"系統(tǒng)：將包圍盒B2進(jìn)行剖分，形成空間柵格結(jié)構(gòu)；在柵格頂點(diǎn)處 放置質(zhì)量為M的質(zhì)點(diǎn)，將每一質(zhì)點(diǎn)與其相鄰或間隔相鄰質(zhì)點(diǎn)采用剛度系數(shù)為K的彈黃相連， 得到"質(zhì)點(diǎn)-彈黃"系統(tǒng)； C.關(guān)聯(lián)模型頂點(diǎn)與彈黃格網(wǎng)；根據(jù)"質(zhì)點(diǎn)-彈黃"系統(tǒng)中的空間柵格與點(diǎn)集模型中每個(gè) 頂點(diǎn)的位置分布關(guān)系，確定點(diǎn)集模型中各個(gè)頂點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的柵格，建立二者之間的關(guān)聯(lián)； d. 施加作用力于彈黃系統(tǒng)：設(shè)置質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)初始狀態(tài)，對(duì)"質(zhì)點(diǎn)-彈黃"系統(tǒng)中的部分或 所有質(zhì)點(diǎn)施加作用力，改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)； e. 分析彈黃系統(tǒng)的受力情況，并更新點(diǎn)集坐標(biāo)；檢測(cè)"質(zhì)點(diǎn)-彈黃"系統(tǒng)中的每個(gè)質(zhì) 點(diǎn)，根據(jù)彈黃連接關(guān)系分析質(zhì)點(diǎn)受力情況：計(jì)算其受到彈黃內(nèi)部力、阻尼、重力及其他力的 合力；然后根據(jù)運(yùn)動(dòng)定律求解每一質(zhì)點(diǎn)的加速度、速度、位移量和其他信息W及其在下一時(shí) 刻的位置坐標(biāo)； f. 構(gòu)建點(diǎn)集模型相應(yīng)的點(diǎn)集曲面：根據(jù)當(dāng)前點(diǎn)集模型中各點(diǎn)的空間位置，運(yùn)用曲面擬 合方法構(gòu)造當(dāng)前點(diǎn)集模型的隱式曲面表示； g. 網(wǎng)格化點(diǎn)集曲面；采用基于空間剖分的Marching化bes方法，將隱式曲面轉(zhuǎn)化為H 角網(wǎng)格模型； h. 動(dòng)畫(huà)生成；將生成的網(wǎng)格模型撞染成動(dòng)畫(huà)的當(dāng)前峽，并由動(dòng)力學(xué)方程所確定的下一 時(shí)刻的彈黃系統(tǒng)狀態(tài)決定動(dòng)畫(huà)的下一峽；反復(fù)迭代，直到生成所需的動(dòng)畫(huà)峽系列為止。
【文檔編號(hào)】G06T13/00GK104463934SQ201410617737
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】祁彬斌, 龐明勇 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)