一种动画建模用骨骼蒙皮自动设置权重的方法

1.本发明涉及一种权重设置方法，具体涉及一种动画建模用骨骼蒙皮自动设置权重的方法。


背景技术：

2.骨骼蒙皮动画的基本原理是在骨骼的控制下通过顶点混合动态算法计算蒙皮网络的顶点，且子骨骼相对于根骨骼运动，并且由动画关键帧数据驱动。
3.现有技术中，一个骨骼模型中包括一个根骨骼，对应一个骨骼蒙皮动画，且该一个骨骼蒙皮动画对应目标对象的一个动作。若需要制作一个目标对象在空中飞行的骨骼蒙皮动画，且在飞行的过程中目标对象的手部有一个小动作，就需要制作两个骨骼蒙皮动画，一个是飞行过程中目标对象整体状态的动画，另一个是目标对象手部的小动作的动画，然后将该两个动画融合在一起，可以得到需要的骨骼蒙皮动画。
4.但上述方式中，一个目标对象有多少个动作就需要制作多少个动画，不仅浪费计算资源，还占用内存空间，且很难灵活地对目标对象的动作进行调整，因此需要更简单更便捷的方法实现骨骼蒙皮动画。
5.为剧情片或游戏创造高质量的虚拟角色是一个耗时的过程。在角色创作中，建模者首先需要创建模型网格和图像纹理，然后将皮肤权重手绘到网格上，以消除角色在运动过程中的皮肤变形问题。但是手绘皮肤具有特别高的挑战性，对于建模者的绘画水平要求极高，多数建模者无法将皮肤权重完美的绘制到模型网格中，造成角色的运动过程由于关节或皮肤形变不到位显得不自然。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是在动画建模时，手工蒙皮制作过程比较繁杂，耗时很长，极大地影响了动画制作效率，本技术文件自动平均地完成刷权重这个工序，提升蒙皮的效率。目的在于提供一种动画建模用骨骼蒙皮自动设置权重的方法，解决上述的问题。
7.本发明通过下述技术方案实现：一种动画建模用骨骼蒙皮自动设置权重的方法，所述方法包括如下步骤：s1：在预设的动画三维空间中，对三维目标进行拆解，并获取三维目标的关节点数据，将关节点数据的骨骼结构进行位置确定后需要把骨骼和模型进行关联；s2：对三维目标在三维空间中的位置点进行确定后，分析三维空间中所有关节权重信息；该关节权重信息是基于三维空间对关节之间的关联程度进行全局预测获取到；s3：对每个关节点的骨骼结构特征进行局部预测，结合全局预测数据得到的局部关节权重信息；局部关节权重用于表征局部关联关节与模型的关联程度；s4：通过三维空间内的三维目标的各个关节点平均的进行刷权重，并实时调整动作后的关节点权重数据，将模型贴合骨骼进行动作。
8.目前线性混合蒙皮和双四元数蒙皮使用最广泛，已在大多数游戏引擎，虚拟现实引擎和3d动画软件中应用，lbs和dqs是具有封闭解的直接方法，其中每个顶点变换计算为
骨骼的加权混合变换，lbs和dqs都只需要用户提供每个顶点的蒙皮权重和每个帧的骨骼转换，这些都是很直观的输入，用户可以轻松地使用工具绘制权重，而计算lbs和dqs的形变不同，它们的实现方式非常相似，是使用gpu顶点着色器计算顶点变换最有效的方法。由于其方法的简单性和高效率，lbs和dqs是实时应用的实际标准，甚至对于性能不太重要的离线渲染也是如此。lbs和dqs仍可以作为基础发挥重要作用尤其是在实时应用方面。两种技术在很多方面的应用都可以高效地进行计算。
9.在动画项目里，需要给建模后的角色添加骨骼，以驱动模型的运动，而制作骨骼这个工序我们称为setup“设置”也可以叫“绑定”。绑定这个环节是在动画里是独立存在的，而绑定骨骼后需要把骨骼和模型进行关联，这个关联的工序称为“蒙皮”。而传统的蒙皮工序是需要制作人按着一个骨关节对应模型的一个区域手动绘制权重的。而本技术文件通过获取三维场景内三维目标的坐标信息，并根据目标数据能自动平均地完成刷权重这个工序，提升蒙皮的效率。
10.进一步地，所述步骤s1中的三维目标为人体模型目标，在获取三维目标的关节点数据后，将关节点数据按照人体模型关节点进行重构连接，获取骨骼位置信息。在动画建模中最重要的信息时人体模型的骨骼位置信息，通过骨骼位置信息的定位，才能够根据位置信息进行蒙皮操作，而在获取三维目标的关节点数据后，需要将关节点数据和人体模型本身的关节点数据进行一个对比，避免出现不符合人体模型的特殊姿态出现。
11.进一步地，所述步骤s4中，的在进行骨骼运动时，三维目标模型穿透顶点的关节权重值自动修正，用于在骨骼动画过程中，对三维目标模型不准确的网格顶点关节权重初始值进行动态修正，以消除目标模型与人体皮肤模型之间的顶点穿透现象。在蒙皮过程中，一些关节点容易出现穿模的情况，而根据这种穿模情况关节权重值会自动进行动态修正，避免出现骨骼穿透蒙皮影响建模效果。
12.进一步地，所述步骤s2中的在分析三维空间中关节权重信息时，通过计算关节点位置数据后构建的几何图形的骨骼模型与三维空间内模型网格的边界的测地线距离获取关节点权重信息。通过计算关节点位置数据后构建几何图形的骨骼模型来进行计算权重值信息，方便根据权重信息进行数据调整。
13.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本发明一种动画建模用骨骼蒙皮自动设置权重的方法，克服了关节动画中的接缝问题，效果逼真、生动，比顶点动画更加灵活，而且在完成良好动画效果的同时，所占用的内存空间少，可以更容易，更快捷的创建。
14.2、本发明一种动画建模用骨骼蒙皮自动设置权重的方法，将已经绑定过蒙皮的三维模型在变换骨骼姿势时，实时的计算模型穿透点，并穿透点进行实时的穿透点权重值动态修正，以保证服装模型权重值在骨骼动画中的正确性。
具体实施方式
15.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
16.实施例
本发明一种动画建模用骨骼蒙皮自动设置权重的方法，所述方法包括如下步骤：s1：在预设的动画三维空间中，对三维目标进行拆解，并获取三维目标的关节点数据，将关节点数据的骨骼结构进行位置确定后需要把骨骼和模型进行关联；所述步骤s1中的三维目标为人体模型目标，在获取三维目标的关节点数据后，将关节点数据按照人体模型关节点进行重构连接，获取骨骼位置信息；s2：对三维目标在三维空间中的位置点进行确定后，分析三维空间中所有关节权重信息；该关节权重信息是基于三维空间对关节之间的关联程度进行全局预测获取到；所述步骤s2中的在分析三维空间中关节权重信息时，通过计算关节点位置数据后构建的几何图形的骨骼模型与三维空间内模型网格的边界的测地线距离获取关节点权重信息；s3：对每个关节点的骨骼结构特征进行局部预测，结合全局预测数据得到的局部关节权重信息；局部关节权重用于表征局部关联关节与模型的关联程度；s4：通过三维空间内的三维目标的各个关节点平均的进行刷权重，并实时调整动作后的关节点权重数据，将模型贴合骨骼进行动作，所述步骤s4中，的在进行骨骼运动时，三维目标模型穿透顶点的关节权重值自动修正，用于在骨骼动画过程中，对三维目标模型不准确的网格顶点关节权重初始值进行动态修正，以消除目标模型与人体皮肤模型之间的顶点穿透现象。
17.本技术文件没有采用现在最流行的静态骨骼蒙皮技术为热传导蒙皮算法和测地线体素蒙皮算法，但它们对动态姿势不一定最优，当运动幅度较大时，可能会出现明显的异常变形。本技术文件中采用的自动权重计算算法为一种平滑算法，比如著名的delta mush平滑算法，去纠正原始的骨骼蒙皮算法在大幅度运动时带来的异常变形，就可以让这个顶点在两种算法的双重作用下移动到最优位置，根据上面的分析，我们可以从这个最优位置反过来推出最优骨骼权重。权重计算原理：1、根据输入的模型和关节和范围，生成平滑过渡的权重。2操作步骤：先选择模型，然后再选择处于不同位置的关节；随后输入影响范围半径，再进行执行，算法会自动创建距离计算节点，根据关节的距离循环计算，把计算的结果赋予模型上所有顶点，最终距离的太少转换成模型蒙皮的影响范围。本算法的优点：可以避免部分繁琐的权重绘制并且提高制作速度。
18.由于三维目标采用的角色模型与模板模型之间存在差异，使模版模型的骨骼适应角色模型的体型、身高、肢体长短等差异，需要对模板模型的骨骼旋转和拉伸来得出角色模型的骨骼，因此首先需要确定角色模型的骨骼相对于模板模型的骨骼的骨骼伸长倍率、骨骼旋转角度，以及角色模型的皮肤网格的顶点相对于模板模型的皮肤网格的顶点的位移补偿这三个参数。
19.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。