動漫制作中的引擎設計及應用

阿榮

（內蒙古電子信息職業(yè)技術學院，內蒙古呼和浩特，010010）

0 引言

動漫能夠充分展現(xiàn)自己的創(chuàng)意，但是動漫制作的軟件的操作性都較強，并且比較復雜，一般人無法在短時間內將自己的創(chuàng)意轉換成為動漫作品。研究簡單的動漫制作引擎具有重要的現(xiàn)實意義。本文就研究了以OGRE為基礎的動漫制作引擎，開發(fā)了三維動漫虛擬制作軟件。

1 動漫制作引擎設計架構

1.1 動漫引擎架構

本文研究的動漫制作引擎使用OGRE（面向對象的圖形渲染引擎）制作動畫制作軟件，其能夠利用自帶素材及模板就能夠實現(xiàn)三維動漫的制作。用戶能夠在場景管理模塊器中選擇自己需要的角色，之后對其進行修改，利用不同劇情及動作對故事情節(jié)進行安排，之后通過虛擬攝像模塊對拍攝方式進行調整，然后就能夠實現(xiàn)虛擬場景的拍攝，從而在短時間內生成動漫短片。本文系統(tǒng)使用模塊化進行設計，以下對系統(tǒng)功能進行介紹，圖1為動漫制作引擎的設計框架。

圖1 動漫制作引擎的設計框架

1.2 動漫引擎的核心

本文設計的動漫引擎主要包括三層，第一層主要包括場景管理器、角色管理器、動畫系統(tǒng)和GUI，第二層主要包括文件系統(tǒng)、聲音系統(tǒng)、腳本系統(tǒng)及物理系統(tǒng)，第三層主要包括資源管理器、輸入輸出、渲染系統(tǒng)和網絡系統(tǒng)。第一層屬于動漫制作引擎中的最高層，其中的場景管理器能夠實現(xiàn)動漫場景的模擬，從而實現(xiàn)場景的更新及處理；角色管理器能夠實現(xiàn)動漫角色的模擬和創(chuàng)建，使創(chuàng)建的角色能夠更加的形象化和個性化；動畫系統(tǒng)主要是實現(xiàn)關鍵幀及骨骼動畫的管理，并且還能夠實現(xiàn)角色表現(xiàn)力的豐富，使設計的角色動作更加的逼真；GUI能夠實現(xiàn)系統(tǒng)和用戶兩者的交互。第二層中的物理系統(tǒng)使用開源物理引擎，其能夠實現(xiàn)不同圖形庫的支持，并且還能夠實現(xiàn)真實對象物理特性的仿真，從而對其進行實施檢測，開源物理引擎能夠利用C++對程序進行編寫，還能夠提供更加清晰的接口，所以便于和OGRE兩者的相互集成。第三層為系統(tǒng)的最底層，其中的渲染系統(tǒng)屬于動漫引擎過程中的主要模塊，其主要目的就是實現(xiàn)動漫畫面的實時渲染。網絡系統(tǒng)屬于以UDP網絡傳輸協(xié)議為基礎的C++網絡庫，其能夠為用戶提供相應的編程接口，通過其能夠創(chuàng)建套接字連接和傳送動漫制作過程中相互交互的素材數據包。

1.3 渲染系統(tǒng)的設計流程

渲染系統(tǒng)的主要功能就是為用戶提供三維場景、照明模型、光源、虛擬攝像機及紋理，在屏幕中制作二維圖像，其中的場景在屏幕中的位置和形狀主要是根據物體自身、相機位置及參數構成的，物體在屏幕中的外觀主要是通過物體的材質、紋理、光源和光照模型設置的。如果底層圖形繪制API不一樣，但是渲染流程及實現(xiàn)功能也是大致相同的，其主要差別就是不同階段實現(xiàn)的細節(jié)不一樣。

渲染主要包括三部分，分別為物體層、像素層及頂點層，圖形在實際繪制過程中還包括多個子階段，物體層通過應用程序實現(xiàn)驅動，實現(xiàn)是通過軟件進行，比如可見性的判斷、碰撞檢測、變形動畫等。頂點層的實現(xiàn)主要是通過硬件進行，最后階段為在圖形硬件實現(xiàn)頂點層的數據著色，從而成為最后自己設計的圖像。

1.4 動漫素材

動漫素材中主要包括角色模型及動畫，用戶能夠在客戶端中選擇自己需要的動畫及模型，并且還能夠通過三維軟件實現(xiàn)動畫及模型的制作。但是因為OGRE中的骨骼數據格式及模型較為特點，不能夠對第三方模型進行直接使用，所以就要利用導出工具將第三方的模型轉換成為能夠支持的格式，比如變形動畫、骨骼動畫和姿態(tài)動畫。

1.5 場景管理

場景管理屬于動漫制作引擎的核心部分，其能夠對場景中的虛擬物品進行管理，使用高層或者底層服務對對象進行操控。場景組織就像是導演，對燈光、場景及服飾進行布置，并且還能夠對演員表演進行指揮。場景組織就如同舞臺一樣，要求配備燈光、服飾、道具、攝像機及演員。本文中引擎的場景組織原理就是實現(xiàn)現(xiàn)實世界的劃分，使其成為多個抽象區(qū)域，這些區(qū)域還能夠劃分成為多個小空間，不同空間通過場景節(jié)點進行管理，每個場景節(jié)點中就能夠和場景元素相互連接。

2 動漫制作引擎的實現(xiàn)

本文所制作的動漫引擎通過C/S模式結構，三維引擎設計比較復雜，一般都需要多次的修改和完善，并且還會因為策劃不斷的變動，導致引擎出現(xiàn)一定的變化。所以，就要設計完善并且規(guī)范的開發(fā)模式。其中MVC設計模式能夠實現(xiàn)顯示和模式的分離，通過控制器實現(xiàn)流程的控制，滿足現(xiàn)代應用系統(tǒng)在開發(fā)過程中的需求。MVC設計模式較為完善，并且其屬于面向對象設計。

動漫引擎中的實體并不是屏幕中的模型，其主要指的是任何事務，比如虛擬攝像機。虛擬攝像機在我們所在的世界中的主要目的就是尋找角度點，其中的幀能夠重復刷新，直到渲染器找到滿足視野需求的數據。一般在進行轉載時候使用的方法就是將地圖場景進行裝載，然后實現(xiàn)其他實體的裝載。并且為了便于渲染系統(tǒng)及物理系統(tǒng)的相互集成，引擎中大部分的系統(tǒng)都是通過面向對象的語言結構實現(xiàn)，腳本系統(tǒng)通過Python語言進行實現(xiàn)，之后通過插件方式實現(xiàn)擴展，從而不僅方便了后期調整，還能夠有效實現(xiàn)功能的升級。

3 結束語

本文研究了動漫制作引擎的設計，其能夠將動漫制作和虛擬現(xiàn)實兩種技術相互結合，引擎能夠利用網絡得到服務其中的角色和素材，便于用戶根據自己的想法直接使用素材，從而快速的制作動漫。

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