摘  要: 為了對(duì)二維圖像實(shí)現(xiàn)人物動(dòng)畫(huà)，對(duì)人物圖像進(jìn)行輪廓提取、貼圖，給模型添加骨骼并進(jìn)行骨骼綁定，最后進(jìn)行人物動(dòng)畫(huà)模擬。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于Maya的人物動(dòng)畫(huà)能夠以較高真實(shí)度生成人物動(dòng)畫(huà)。
關(guān)鍵詞: Maya動(dòng)畫(huà); 輪廓提取; 骨骼綁定; 人物動(dòng)畫(huà)

    隨著生物學(xué)、光學(xué)和圖形圖像學(xué)等科技不斷發(fā)展壯大，逐漸形成了現(xiàn)在的動(dòng)畫(huà)行業(yè)。近幾年動(dòng)畫(huà)行業(yè)突飛猛進(jìn)，使得不少人加入到動(dòng)畫(huà)這個(gè)行業(yè)中[1]?？梢院苋菀卓闯?，動(dòng)畫(huà)的發(fā)展與同時(shí)代的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是息息相關(guān)的。
    動(dòng)畫(huà)又可以分為二維動(dòng)畫(huà)和三維動(dòng)畫(huà)。二維動(dòng)畫(huà)和三維動(dòng)畫(huà)制作的過(guò)程事實(shí)上都是在對(duì)現(xiàn)實(shí)的三維世界進(jìn)行一個(gè)模擬，三維動(dòng)畫(huà)中的貼圖是二維的，而二維動(dòng)畫(huà)一直在繪制真實(shí)的三維空間，三維的建立離不開(kāi)二維，而二維動(dòng)畫(huà)的世界是建立在三維世界中的，它們互相之間是不可分割的。只有將這兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，才能更好地模擬真實(shí)空間，制作出更有視覺(jué)效果的動(dòng)畫(huà)。作為主流的二維動(dòng)畫(huà)是研究的一個(gè)重點(diǎn)[2]。
　　本文直接對(duì)信息量較少的手繪圖以及很難完整、精確提取圖畫(huà)信息的古畫(huà)、油畫(huà)等經(jīng)典畫(huà)作中的人物在原先的背景狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)。值得注意的是，這些人物圖像的動(dòng)畫(huà)僅僅是通過(guò)一張圖片來(lái)完成的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)該方法能夠讓圖片中的人物數(shù)字化，并且能夠讓人物做出一些較為簡(jiǎn)單的動(dòng)作，展現(xiàn)人物的行為動(dòng)作，感受人物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
1 Maya動(dòng)畫(huà)
    Maya是目前世界上最為優(yōu)秀的動(dòng)畫(huà)制作軟件之一,它被廣泛應(yīng)用于電影、電視、廣告、計(jì)算機(jī)游戲和電視游戲的數(shù)位特效創(chuàng)作中。自Maya問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)獲得了多項(xiàng)國(guó)際大獎(jiǎng)。在好萊塢的大片中幾乎都有它的身影，如《黑客帝國(guó)》、《蜘蛛俠》等。Maya的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：平面圖形可視化、網(wǎng)站資源開(kāi)發(fā)、電影特技和游戲設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)4個(gè)方面，具有極大的市場(chǎng)潛力。
    Maya共提供了5種類(lèi)型的動(dòng)畫(huà)制作方式:(1)關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà),通常用在角色動(dòng)畫(huà)中；(2)路徑和約束動(dòng)畫(huà)，主要做一些沿特定路徑運(yùn)動(dòng)和受目標(biāo)物體約束的動(dòng)畫(huà)；(3)動(dòng)力學(xué)動(dòng)畫(huà)，可以在模擬自然物理現(xiàn)象中完美地運(yùn)用；(4)表達(dá)式動(dòng)畫(huà)，這是需要專(zhuān)業(yè)的Mel編程基礎(chǔ)的動(dòng)畫(huà)；(5)屬性驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫(huà)，這種動(dòng)畫(huà)比較獨(dú)特，靠物體之間屬性相關(guān)聯(lián)來(lái)間接驅(qū)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)，通常用在角色骨骼綁定過(guò)程中。
2 動(dòng)畫(huà)仿真和結(jié)果分析
2.1 動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)選擇
    首先,選擇是基于網(wǎng)格的還是基于骨骼的動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)[3]。    在基于網(wǎng)格的動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)中，對(duì)于每一個(gè)動(dòng)畫(huà)幀，需要定義模型網(wǎng)格的每個(gè)點(diǎn)在世界中的位置。例如，一個(gè)包含200個(gè)多邊形的手的模型，有300個(gè)頂點(diǎn)，動(dòng)畫(huà)有10幀，那么就需要在內(nèi)存中存儲(chǔ)300個(gè)頂點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)，總共有300×10=3 000個(gè)頂點(diǎn)，每個(gè)頂點(diǎn)由x、y、z和顏色alpha信息組成。
    相比之下，在骨骼動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)中，網(wǎng)格是由骨架組成的骨骼。網(wǎng)格頂點(diǎn)和骨架本身相關(guān)，它們?cè)谀Ｐ椭械奈恢枚际窍鄬?duì)于骨架的。因此，移動(dòng)骨架，組成多邊形頂點(diǎn)的位置也相應(yīng)改變，只需使骨骼運(yùn)動(dòng)即可。很明顯，它極大地節(jié)省了內(nèi)存空間。模型著眼于世界中的事件[4]，或使模型的“腳部”在他們站著的地面保持水平，這有助于增強(qiáng)視覺(jué)的真實(shí)感。此外，骨骼動(dòng)畫(huà)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠定義權(quán)重值，可反映骨架對(duì)每個(gè)頂點(diǎn)的影響程度。
    總的來(lái)說(shuō)，角色模型能夠更加流暢和真實(shí)地實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)，且只需要更少的內(nèi)存便可達(dá)到雙贏的效果，因此，本文選擇基于骨骼的動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)。
2.2 輪廓
    圖像輪廓具有圖像的原始信息特征，根據(jù)輪廓建模速度快、失真小。因此,本文在view中選擇image plane載入原始圖像，根據(jù)原始圖像進(jìn)行建模。輪廓截圖如圖1所示。

2.4 添加骨骼、骨骼綁定
    切換到animate模塊，在skeleton中選擇joint tool添加骨骼。Maya骨架的活動(dòng)與真實(shí)物體是有聯(lián)系的，因此本文根據(jù)人體主骨架的構(gòu)造給模型添加骨骼，即頭骨、手骨、手腕骨和胸骨幾大部分，骨骼添加完成后按Enter鍵進(jìn)行確定。接下來(lái)對(duì)模型和骨骼進(jìn)行綁定，選擇skin下的bind skin對(duì)其綁定。添加骨骼并綁定完成，效果如圖3所示。

2.5 動(dòng)畫(huà)初始參數(shù)設(shè)置
    因?yàn)閯?dòng)畫(huà)最終是以不同的格式并在不同的硬件平臺(tái)上播放的，所以在制作動(dòng)畫(huà)開(kāi)始前，首先需要對(duì)動(dòng)畫(huà)的制作和播放參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。單擊動(dòng)畫(huà)時(shí)間范圍滑塊最右端的“Maya參數(shù)預(yù)設(shè)”按鈕，彈出設(shè)置窗口，對(duì)物體的初始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，如圖4所示。

2.6 動(dòng)畫(huà)仿真
    Maya動(dòng)畫(huà)是由幀生成的,通過(guò)對(duì)模型的x、y、z等屬性設(shè)置關(guān)鍵幀,設(shè)置的參數(shù)屬性會(huì)變成紅色。圖5是對(duì)人物雙手設(shè)置關(guān)鍵幀的參數(shù)，圖6是動(dòng)畫(huà)截圖。

2.7 結(jié)果分析
    由圖6可以出，女孩的雙手發(fā)生了變化，在Maya的動(dòng)畫(huà)模式下可以明顯地看到女孩雙手?jǐn)[動(dòng)的動(dòng)畫(huà)效果，說(shuō)明仿真結(jié)果是正確的。不過(guò)在形狀變化較大處或邊緣處(比如手腕、肩膀)有輕微的分叉，并且還是可以看到女孩的骨骼,同時(shí)動(dòng)畫(huà)的效果不是特別逼真。在此基礎(chǔ)上，可以對(duì)該模型加以改進(jìn)，對(duì)人物骨架模型提取和對(duì)紋理貼圖進(jìn)行更細(xì)致的處理，就可以形成真實(shí)感較強(qiáng)的人物模型動(dòng)畫(huà)。這也是要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。
    本文對(duì)基于Maya的人物骨骼動(dòng)畫(huà)進(jìn)行了研究和模擬，對(duì)人物手臂揮動(dòng)動(dòng)畫(huà)過(guò)程進(jìn)行了截圖，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析。二維動(dòng)畫(huà)具有存儲(chǔ)和計(jì)算量小、易于制作及生成動(dòng)畫(huà)逼真等一些優(yōu)勢(shì)，Maya骨骼動(dòng)畫(huà)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在影視動(dòng)畫(huà)和虛擬現(xiàn)實(shí)等方面的應(yīng)用十分普遍，這也是目前動(dòng)畫(huà)技術(shù)的一個(gè)重要分支。今后Maya動(dòng)畫(huà)在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、電影和電視領(lǐng)域?qū)⒋蠓女惒省?br /> 參考文獻(xiàn)
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