基于三維視覺的微動漫創作設計與實現

劉曉東

關鍵詞： 三維視覺; 微動漫; 角色模型; 行為控制; 數據幀; 創作設計

中圖分類號： TN911.74?34; TP391.41 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）02?0129?04

Design and implementation of micro?animation creation based on 3D vision

LIU Xiaodong

（Nanning Normal University， Nanning 530000， China）

Abstract： The traditional micro?animation design method has low control accuracy of the role behavior， and can not form a complete data frame， which leads to the poor effect of micro?animation design. Therefore， a new micro?animation creation design method based on 3D vision is proposed. The C/S multilayer structure is adopted to construct the micro?animation role model， and analyze the micro?animation environment， so as to complete the 3D visual analysis of the micro?animation. Based on this， the motion behavior of the micro?animation role is controlled from the aspects of perception， planning and control of the behavior. The control results are transformed into the data form， and the design process of the micro?animation is analyzed， so as to complete and realize the design of micro?animation creation. The experimental results show that the proposed method in this paper has a role behavior control accuracy of as high as 85%， and a high data frame integrity， which is conducive to the improvement of the micro?animation design effect.

Keywords： 3D vision; micro?animation; role model; behavior control; data frame; creation design

0 ?引 ?言

微動漫與微電影相似，只有2～3 min的動畫片被稱為微動漫。隨著互聯網的迅猛發展，微動漫成為廣受大眾歡迎的重要的視覺傳達方式，突破了傳統動漫的種種局限，為動漫產業帶來了新的發展方向[1?2]。近些年來，微動漫已經發展形成一定的規模，具有較大的市場需求，但在其創作設計中仍舊存在一些不足，需要進一步研究。

文獻[3]在對三維立體動畫設計過程中，首先對動畫場景、動畫立體效果等進行分析，從而計算得出最佳的視覺范圍，繪制出立體參數與視覺差的相關關系曲線，通過不斷調節立體參數值，實現了對動畫立體效果的準確調整，但該方法設計效果不佳;文獻[4]首先對三維動畫設計系統的需求進行分析，將系統劃分為眾多功能模塊，其次利用面向軟件設計等方法對系統軟件進行設計。最后對不同功能模塊以及系統整體功能進行測試，驗證了該系統的良好性能，但該方法忽略了對角色行為的控制，導致設計效果不夠理想;文獻[5]重點分析虛擬構造與交互設計兩方面，以此完成對三維動畫的設計，但在設計中，過于注重對軟件操作系統的特征研究，導致無法準確控制角色行為。

為解決以上問題，提出一種基于三維視覺的微動漫創作設計與實現方法。該方法能有效提高微動漫角色行為控制的準確率，且具有較為完整的數據幀，設計效果較好。

1 ?微動漫三維設計框架

本文構建的微動漫三維設計框架主要包括微動漫三維視覺分析、微動漫角色運動行為控制以及微動漫設計流程三部分，具體的微動漫三維設計框架示意圖如圖1所示。

1.1 ?微動漫三維視覺分析

常規的微動漫設計是基于AutoCAD軟件完成的，只需在軟件中輸入參數，微動漫則可自動生成[6]。本文基于三維視覺的微動漫創作設計中，需要將AutoCAD數據轉化為三維視覺數據，轉化中會涉及多數據交叉的問題，為保證數據的完整性，促進其良好運行，需從微動漫角色出發進行設計，微動漫角色模型構建過程如圖2所示。

根據圖2可知，微動漫角色模型使用的是C/S多層結構，這樣方便數據的交叉連接轉換，同時可以避免數據的重復運行。微動漫環境也是影響設計成效的重要因素，動漫環境模型主要由三部分組成：感知層，對微動漫數據信息進行采集;拓布層，用來表示三維虛擬環境中各角色位置間的關系;行為層，用來表示微動漫角色行為的相互關系。

1.2 ?微動漫角色運動行為控制

微動漫中不同角色的意識和本能各異，表現出的運動行為復雜，以上述微動漫三維視覺分析結果為基礎，對微動漫角色的運動行為進行模擬，從而對其進行控制[7]。微動漫角色運動行為控制可劃分為三個層次，分別是行為感知、行為規劃和行為控制，示意圖如圖3所示。

微動漫角色對周邊環境的感知是實現微動漫設計的基礎。在計算機虛擬環境中，通過獲取角色動作信息、位置信息等，將其存儲在數據庫中，再通過對數據庫信息的查詢可以完成對角色運動行為的感知。

行為規劃方面，對感知得到的角色運動行為屬性進行分類，依據分類結果對角色運動路徑規劃。路徑規劃是微動漫設計中非常關鍵的步驟[8]。本文采用的是一種兩層路徑規劃方法，該方法在全局規劃中根據虛擬環境的拓撲結構進行全局路徑規劃，即幾何層路徑規劃;另一方面進行局部路徑規劃，即應用層的路徑規劃。該規劃方法能夠減少存儲的信息量，提高路徑規劃的效率。

對微動漫角色的行為控制方法分為兩種：一種是自下而上的控制方法，即通過對個體的運動行為來控制整體;另一種是自上而下的控制方法，即通過對整體的控制來實現對目標對象的控制。本文綜合兩種方法，在行為選取上采用自上而下的控制方法，對宏觀層面引導微動漫角色的運動行為，在運動合成上采用自下而上的控制方法，對目標角色對象的運動行為進行獨立控制。

1.3 ?微動漫設計流程

將微動漫角色行為控制結果轉化為數據形式，對微動漫設計流程進行分析。微動漫是由若干圖形物體經過規則或不規則的運動表現在屏幕上的過程，這些在動畫中出現的圖形物體被稱為精靈，它們是構成動畫的基本單元[9]。微動漫是由一系列有序的數據幀連續播放形成的，而每一幀都是由特定的精靈圖形對象繪制在屏幕上形成的[10]。隨著時間的推移，形成的一幀幀畫面會連續顯示即形成動畫效果。微動漫設計中，以時間點的推移為依據對事件進行提取，如果出現窗口設置、屏幕特效等特殊事件，則對當前事件進行處理。然后以精靈圖像對象的運動數據為依據，判斷其是否能形成一系列的數據幀，以此判斷結果為基礎，完成微動漫的設計。流程圖如圖4所示。

2 ?實 ?驗

為對本文基于三維視覺的微動漫設計方法的可行性進行驗證，需要進行實驗分析。實驗以Motion Builder+VS2010作為開發平臺，利用Motion Builder進行動漫角色數據的感知與處理，然后基于VS2010平臺，使用C#語言程序設計角色運動行為數據分析，并將數據導入計算機虛擬環境中。

2.1 ?實驗結果與分析

角色是構成微動漫的關鍵元素，對動漫角色的行為進行準確控制，可提升微動漫展示效果。選取角色運動行為控制準確率為指標，與文獻[3]方法進行對比分析，結果如圖5所示。

根據圖5可知，在時間點為12 s時，兩種方法的角色運動行為控制準確率均達到最高點，本文方法為85%，文獻[3]方法為32%。在12 s之后，兩種方法均呈現下降趨勢，本文方法最低降至62%，文獻[3]方法最低降至8%，差距較大。由此可見，本文方法的角色運動行為控制準確率遠遠優于文獻[3]方法。其原因是本文方法采用自下而上與自上而下相結合的控制方法，綜合宏觀與微觀兩個方面實現了角色運動行為控制。

微動漫的本質是由一系列有序的數據幀連續播放形成的，因此數據幀的完整性是直接影響微動漫設計的成功與否。選取數據幀完整性為指標，與文獻[3]方法進行對比分析，結果如圖6所示。

根據圖6可知，本文方法在微動漫設計中，數據幀連續且較為完整，而文獻[3]方法的數據幀形成數量過少，無法形成連續且完整的畫面。

2.2 ?實驗結論

根據上述實驗內容，可得出實驗結論：

1） 本文方法可對微動漫角色運動行為進行準確的控制，最高控制準確率可達85%，優于文獻[3]方法，表明本文方法可較好地控制微動漫角色，有助于提升整個微動漫展示效果;

2） 本文微動漫設計中，數據幀完整性較高，明顯優于文獻[3]方法，表明本文設計方法具有良好的性能。

3 ?結 ?論

為提高微動漫設計效果，提出一種新的基于三維視覺的微動漫創作設計方法，從微動漫三維視覺分析、微動漫角色運動行為控制以及微動漫設計流程三部分入手，完成對微動漫的設計。實驗結果表明，本文方法在角色運動行為控制和數據幀完整性方面均優于傳統方法，表明本文方法可行性較高，為微動漫創作設計研究提供了參考依據。

參考文獻

[1] 陳晨.三維技術對水墨動畫視覺空間化的創新與發展[J].美術學報，2015（4）：116?120.

CHEN Chen. The innovation and development of 3D technology in the visual space of ink animation [J]. Art journal， 2015（4）： 116?120.

[2] 張璐琪.基于三維虛擬視覺的產品交互設計平臺的開發與實現[J].現代電子技術，2016，39（8）：118?121.

ZHANG Luqi. Development and implementation of product interaction design platform based on 3D virtual vision [J]. Modern electronics technique， 2016， 39（8）： 118?121.

[3] 孫靚，盧大瑋，劉亮，等.面向三維立體動畫制作的視差可視化調節方法設計與實現[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2017，29（7）：1245?1255.

SUN Jing， LU Dawei， LIU Liang， et al. A visual disparity adjustment method for stereoscopic 3D animation production [J]. Journal of computer?aided design & computer graphics， 2017， 29（7）： 1245?1255.

[4] 趙震.三維動畫設計在協同管理系統中的應用[J].設計，2017（17）：64?66.

ZHAO Zhen. Application of 3D animation design in collaborative management system [J]. Design， 2017（17）： 64?66.

[5] 李超鵬.基于軟件操作系統的三維動畫設計研究[J].信息系統工程，2016（12）：17.

LI Chaopeng. Research on 3D animation design based on software operating system [J]. China CIO news， 2016（12）： 17.

[6] 周雪，李颯.基于真實感圖形生成技術的三維偶動畫創作探索[J].中國教育技術裝備，2017（16）：43?44.

ZHOU Xue， LI Sa. Exploration of 3D even animation creation based on realistic graphics generation technology [J]. China educational technology & equipment， 2017（16）： 43?44.

[7] 唐亞輝，趙宏林，常迎春.基于Unity3D平臺的籃球游戲三維動漫設計與實現[J].計算機與現代化，2015（2）：73?76.

TANG Yahui， ZHAO Honglin， CHANG Yingchun. Three?dimensional animation of basketball game based on Unity3D platform [J]. Computer and modernization， 2015（2）： 73?76.

[8] 孫浩，賈瓊.基于三維制作技術的二維動畫創作技法研究[J].設計，2017（23）：130?131.

SUN Hao， JIA Qiong. Research on creation techniques of 2D animation based on 3D production technology [J]. Design， 2017（23）： 130?131.

[9] 胡敏，李沖，路榮榮，等.基于三維視覺指導的運動想象訓練性能分析[J].計算機應用，2018，38（3）：836?841.

HU Min， LI Chong， LU Rongrong， et al. Performance analysis of motor imagery training based on 3D visual guidance [J]. Journal of computer applications， 2018， 38（3）： 836?841.

[10] 周宏偉.視錯覺在三維動畫設計中的應用研究[J].科技創新導報，2017，14（17）：255?256.

ZHOU Hongwei. Research on the application of visual illusion in 3D animation design [J]. Science and technology innovation herald， 2017， 14（17）： 255?256.