論面向數據融合計算的動畫角色處理平臺

摘 要：伴隨信息網絡技術的日新月異，動畫角色已被廣泛應用于媒體藝術創作當中。文章主要針對動畫角色網格和運動數據融合計算構建的動畫角色處理平臺，此平臺支持多格式的模型數據，且集合有效的可擴展算法庫模塊，創建的經典算法調用和編輯接口完全共享，有利于用戶對算法進行更深的研究應用及開發。

關鍵詞：數據融合計算；處理平臺；三維動畫；動畫角色

0 引言

動畫行業的發展已成為當今信息科技進步的重要體現。在動畫制作過程中，動畫角色處理一般應用三維建模軟件。當前，各種三維建模軟件被廣泛運用到行業中，然而此類建模軟件更多適用于機械設計和建筑設計領域，對動畫角色建模和算法設計不全面。目前，在動畫角色處理方面，應積極開發底層平臺。本文設計了面向數據融合計算的動畫角色處理平臺，平臺用戶擁有較大權限，實現了資源共享，便于用戶使用研究。

1 平臺的設計結構

數據融合計算的動畫角色不止編輯動畫角色的數據信息，還要其他圖形算法輔助完成。時下存在的動畫角色模型編輯的建模軟件大多密封了底層實現過程，用戶難以直接在其上設計動畫角色的處理算法。而動畫角色處理平臺的設計架構圖，基于動畫角色數據表現形式，設計了對三維角色動畫模型的支持，并開發了儲存動畫角色信息的格式文件，應用一般建模軟件的導出功能，降低了對模型文件格式的依賴，避免了大多數模型軟件繁雜的信息，提升了平臺的利用率。

目前，在動畫角色的處理課題研究中，大部分建模軟件采用穩定算法，用戶想二次開發自己的算法，實屬不易。針對動畫角色的融合計算特性，集合可擴展的算法庫功能，給予大量經典算法支持，可使用戶自行添加，提升算法的開發進度。如圖1所示。

2 動畫角色的數據表示

此平臺主要應用于動畫角色的處理，以骨架的角色動畫為基礎，使網格表面的點連接到骨架結構中，由骨架的運動來帶動網格變形。動畫角色由以下三個要素組成：第一，三維模型表現角色外形及外表細節。第二，骨骼模型和動作序列表現角色運動結構。第三，表現網格模型及骨骼模型之間的映射關系。

2.1 網格數據表示

三維模型由線框模型、表面網格模型和實體模型組成。網格模型只儲存物體主要可視信息，信息存儲量較小，繪制和處理速度比實體模型快，但可視信息比線框模型多。動畫角色模型應用網格數據形式表達，運營和網格表面頂點集合的繪制結合貼圖渲染，獲得的畫面真實感較強。

2.2 運動數據表示

動畫角色模型骨架的數據采用運動數據表達，該運動數據一般由旋轉矩陣、歐拉角和四元數表達。動畫角色處理平臺對這三種結構都給予數據支持，用戶可自行挑選想要的運動數據表現形式。這三種表現形式都有各自的優缺點，且彼此可相互轉化。矩陣表示底層運動數據，并提供運動數據轉化接口，方便用戶找到需要的數據。

2.3 蒙皮數據表示

蒙皮數據鏈接骨架動態信息和靜態網格通道。骨架運動隨著時間軸的移動經過蒙皮使得每個頂點產生對應的位置變化信息，導致網格變形，進而形成動畫。蒙皮數據的重心是權重表，它存儲著每根骨架對網格各頂點的約束比重。權重表由權重項構成，它涵蓋影響當前頂點的各骨骼信息以及對應的約束權重，如表1所示。

2.4 外部存儲形式

網格數據、運動數據、蒙皮約束數據相結合構成動畫角色模型，與3DSMAX建模軟件有異曲同工之妙，可實現對單一數據的基本處理。但綜合來看，其基礎數據的隱蔽性會阻礙相應算法的設計。對于強化平臺支持動畫角色的設計，不止對普通的3D文件提供支持，還設計專用存儲動畫角色的VCC文件格式，連同3Ds MAX的導出插件也被開發，支持動畫角色的數據共享。

3 可擴充算法庫

在研究動畫角色的過程中，有很多經典的研究分析和算法解決。當下，對動畫角色單一基礎問題的研究分析很少，且沒有什么創造性。例如，一些建模軟件融合經典的圖形學算法，但底層的數據和算法被封閉，用戶不能獲得更多的資源，使得計算過程不得不終止，這勢必影響最終的研究設計成果。另外，在動畫角色的處理過程中，用戶還存在對比其他算法、復制其他算法的現象。針對以上情況，此平臺推出可擴充算法庫，集合大量的算法，如測地線計算、運動系列歸一化處理、網絡特征計算的曲率計算，滿足用戶設計研究的需求。

4 動畫角色處理平臺界面

動畫角色處理平臺應用MFC作為UI的設計工具，通過Open-GL來渲染場景，多種風格的動畫角色模型都可在此平臺操作，并支持動畫的模型效果。平臺的構建為動畫角色的處理提供可靠依據，為動畫角色的網絡和運動融合計算奠定基礎，并完成網格分割及運動歸一化算法的效果圖，從而證實在動畫角色處理平臺上實現數據融合計算應用設計的可行性。

5 結束語

關于動畫角色處理的設計和研究在各個領域如火如荼地進行。為迎合、鼓勵更多的設計者積極參與研究動畫角色的處理，且針對動畫角色模型的數據融合計算應用需求，設計并實現了算法設計的平臺。整個平臺透明化支持多格式的底層數據表達，設計了可擴展和調用的經典算法庫，為用戶進行動畫角色的處理創造了更多有利條件，有效地促進了動畫角色處理和算法設計的進程。

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作者簡介：張成良（1983—），男，河南新野人，碩士研究生，助教，南陽師范學院軟件學院專任教師，研究方向：數字媒體藝術，影視特效，影視欄目包裝，三維動畫制作，影視攝影，建筑表現。