三维模型制作论文三维模型论文

三维模型制作论文三维模型论文 游戏动画中三维人物模型制作的研究 摘要:游戏动画中三维人物模型的构建是人体动画研究领域中的热点亦是难点。要制作真实感强的人体动画必须具备的要素有:逼真的人体造型和灵活的运动控制方法。本文利用已有的技术和手段提出一种基于poser的快速构建三维人物模型、实现控制手语动作的方法并通过实例验证了方法的可行性。 关键词:三维人物建模 poser 手和手臂 手语 0 引言 动画这门视觉艺术从诞生至今已经有了近100年的历史。20世纪80年代伴随着人体动画的出现游戏动画进入了全新的3D时代其主流创作开始以3D动画为主。为解决游戏动画中人物运动相关性和肌肉效果的模拟人体动画提出了直接对皮肤和骨骼进行造型的方法。人体动画作为计算机动画研究中最具挑战性和困难性的对象吸引了大批研究者投入到相关的研究工作中。 1 研究现状 目前国内外关于人体动画的研究主要集中在两个方面:人体的运动控制技术和人体造型与皮肤变形技术。20世纪70年代 “体元”在人体建模和变形中的应用宣告了人体造型和皮肤技术的研究正式拉开序幕。无论是在学术界还是工业界这个领域都处于非常活跃的地位。每年都能看到大量涉及该领域的学术论文得以发表此外与此相关的人体建模软件或插件也层出不穷。虽然如此人体造型和皮肤变形技术任然面临重大的挑战主要原因有以下几点:第一人体具有200个以上的自由度和非常复杂的运动第二人的形状不规则人的肌肉随着人体的运动而变形。第三人类对计算机动画中人体的皮肤变形和运动状态非常熟悉和敏感人类通过直觉很容易就可以捕捉到 虚拟人物和真实人物的区别。所以人物建模技术的探究和皮肤变形技术的研究虽然经历了相当长的一段时间了但至今任然任然存在很大困难。 2 方法的提出 随着科学技术的迅猛发展和网络游戏的兴盛三维游戏动画中场景的制作技术已基本趋于成熟和稳定但游戏动画中人物模型的制作技术还不是很成熟仍处于一个研发试验阶段。 在三维游戏动画中人物模型的优劣对整个游戏动画的价值起着举足轻重的作用。从三维游戏动画的角度上说国内外目前都以3D MAX为主因为游戏角色的设计主要是多边形建模而这正是3D MAX的强项。但是也存在一个问题用3D MAX软件绘制人物模型是一个比较费时费力的复杂过程。而如果采用其他方法例如:利用openGL软件直接在openGL中给出点的坐标再由这些坐标点组成若干个三角面拼接成人物的三维模型这种方法虽然比较快捷但是得到的三维人物模型不够细腻和真实。因此本文提出一种基于poser的快速建模方法该方法

通过从已有的模型中提取数据信息从而实现快速建模并利用两个模型的结合实现手语动作的控制。 3 方法的验证 3.1 建立骨骼和皮肤模型:Poser作为一款专门用于制作人体造型的软件本身的模型库中提供丰富的人体模型、人物姿态及相应动作可以实现快速人体造型建模。 以建立手和手臂模型并实现手语动作控制为例。整个实验过程流程图如图一所示: 首先从poser软件自带的模型库中挑选出适合的人体模型截取所选人体模型的一支手和手臂模型将截取好的模型保存为3DS格式输出。采用这种方法获得模型省去了在3DS MAX中一步步绘制的过程大大的减少了建模的时间提高了效率。但是有一个问题利用poser软件输出的人体模型缺乏关节点的数据。如何解决这一问题呢 这就需要对所保存的3Ds文件的结构进行深入的分析可以借助C的文件读取技术对该文件进行读取通过把原有的3dS文件转换为语言代码从而得到所需的数据信息。经过转换后的每一个三维模型的数据结构中都包括顶点法向量材质纹理坐标等信息。一个完整的模型文件数据包括以下几方面内容:①定义物体的材质:物体材质信息主要描述物体的环境光、漫反射光、镜面光、辐射光的光照情况物体的透明度信息、发散系数和表面贴图②物体的材质数据:记录转换后每个三维模型的三维模型材质信息③点检索面数据:通过检索顶点数据信息建立模型的几何面④顶点数据:记录设备模型的顶点坐标信息⑤法线数据:记录设备模型表面的法线信息。 3.2 两个模型的结合 根据从3DS文件中读取的顶点和面的相关信息可以方便的构建手和手臂的皮肤模型然后再将皮肤模型关节处一周的点打上标记求出这一周的点的重心坐标求出重心的方法:对由n个点构成的多边形进行三角剖分将每个三角形的重心乘以该三角形的面积的加权平均值即是作为骨骼模型的关节点将相邻关节点利用有向拓扑结构连接起来组成骨骼模型。从而构建出一支完整的手和手臂的模型。 4 手语动作的实现以肘关节为例 接下来要考虑的问题就是如何实现手语动作的控制。在实现手语过程中两个模型的关系可以理解为:骨骼模型控制运动皮肤模型表现运动。 首先实现骨骼模型控制运动。大家都知道肘关节有两个自由度肘关节的弯曲由两种绕轴旋转运动符合而成:第一种以大臂为轴的旋转运动第二种在一个平面上以过肘关节点并垂直该平面的直线为轴的旋转运动。其中旋转轴的计算又有两种方式:①以大臂为轴 ②以肩关节、肘关节和腕关节三点组成的平面来求过肘关节点垂直于该平面的直线作为旋转轴。 皮肤模型表现运动。整个皮肤模型分为两部分:可变部

分和不可变部分。可变部分指皮肤模型在关节处的部分其余部分为不变部分。 组成皮肤模型的小三角面的点分为三类: 第一类点:皮肤模型在大臂外面组成三角面的点 第二类点:皮肤模型在手及小臂外面组成三角面的点 第三类点:皮肤模型在关节处外面组成三角面的点如图二所示 5 课题中的进展及改进 5.1 提出双重模型:骨骼模型控制运动决定运动姿态及运动约束皮肤模型表现运动表现真实感。 5.2 骨骼模型用“有向拓扑结构”来描述与传统拓扑结构一样有向拓扑也是由节点和路径组成不同的是每一个路径带有指向和空间可以转动的位相。 5.3 皮肤模型分为可变与不变两部分利用拓扑不变性保持运动后皮肤模型的完整性。 6 结束语 三维人物建模作为一门新兴的学科涉及到动画、计算机图形学、生理学、心理学、生物力学、机器人学和人工智能等多个研究领域游戏中三维人物模型的研究是一个具有理论意义和实用价值的基础课题本文介绍了一种基于Poser模型的人体建模方法并实现了手语动作的控制。而随着科技的不断发展还会不断有高水平高层次的建模方式融入到人体动画建模技术中这将是游戏中三维人物建模技术发展的一个长远目标它需要众多相关学科领域的深入发展与交叉才能最终实现。 参考文献: 1吴小耗等.计算机动画中人体建模与皮肤变形技术的研究现状与展望中国图像图形学报.2007年4月. 2李艳王兆其毛天露.三维虚拟人皮肤变形技术分类及方法研究计算机研究与发展.2005 888896. 3张昭华徐军.三维人体建模方法研究.陕西纺织.2004.1. 4美Michele Bousquet著.路朝龙译.3ds max角色动画制作典型实例.北京:电力出版社.2006. 5李铁等.三维动画建模.北京:清华大学出版社.2007.