单位文秘网 2021-08-31 09:03:59 点击: 次
摘 要:随着动画行业发展的如火如茶,与动画制作相关的各种技术研究也迎来了新的高潮阶段,对动画制作技术改革进步起着巨大的推动作用。衣服制作作为动画制作重要组成内容,是动画中的一项关键技术。本文围绕3D虚拟衣服,通过对虚拟衣服动画、虚拟衣服动画系统中几种关键技术的介绍,以期实现进一步提高动画制作水平。
关键词:3D虚拟衣服;虚拟衣服动画系统;关键技术
中图分类号:TP391.41 文献标识码:A 文章编号:1005-5312(2017)02-0134-01
广泛应用于工业设计、数字景区、生物医学、游戏动画、织物仿真、军事、电影特技等诸多领域的3D仿真技术,给世界带来了巨大变革,受到了社会各界的高度关注与重视。它在动画领域中的应用,给动画人物服装制作提供了新的方法与思路,但虚拟衣服仍面临着巨大的技术障碍,需要不断的加强研究与实践。
一、3D虚拟衣服动画概述
所谓3D虚拟衣服,是指从现实生活出发,随时间不断运动的虚拟场景对人体模特进行服装穿着,并利用布料仿真技术等虚拟现实技术生成随人体变化的衣服动作关键帧的一种技术。简单而言,就是将现实中衣服随人体运动的变化过程借助各种仿真技术、虚拟现实技术模拟至虚拟现实世界当中进行再现的过程。鉴于衣服大多为布料制成,因而动画中的衣服制作技术大多来源于布料仿真技术,但衣服等织物具有柔软、形体可变的特性,如何将这种特性形象逼真的呈现出来给布料仿真技术提出了新的挑战。目前,国内外研究的热点一直集中于通过计算机仿真来完成虚拟衣服动画的制作,主要模型是基于物理的布料模型,采用该模型对布料和衣服进行仿真虚拟,基于布料物理特性对其进行建模,再运用动力学、数学等知识对模型进行数值求解,最终得到随时间变化的动作关键帧序列。只要实现每秒钟连续显示的帧数在25帧以上,就可以很好的实现动画画面及人物动作的流畅性。3D虚拟衣服动画系统指的是借助计算机、3D仿真技术、虚拟现实技术等多种技术对衣服动画进行仿真模拟的一类系统。它既涵盖了多种技术,多种制作技巧、特效处理方法,也实现了对多种布料、衣服的仿真,拥有十分广阔的发展前景。
二、3D虚拟衣服动画系统的基本原理及关键技术
(一)3D虚拟衣服动画系统的基本原理
由前得知,3D虚拟衣服动画技术由基于计算机图形学和物理的布料等织物仿真技术发展而来,经过多年的研究发展逐步形成了布料仿真的主流模型,为3D虚拟衣服动画制作提供了有效的借鉴与技术支持。3D虚拟衣服动画的基本原理是:根据现实生活中布料等织物的物理编织结构、物理特性,运用先进技术将织物近似表达为可量化的物理模型,再运用数学知识、物理中的动力学知识等建立布料织物的数学模型和常微分方程组,通过数值求解得到近似的布料随时间变化的下一刻状态值,也称为衣服动画关键帧,接着再通过相应的特效处理和人体碰撞检测,最终实现对现实衣服的仿真模拟。
(二)3D虚拟衣服动画系统的关键技术
1.衣服建模技术。目前,3D虚拟衣服动画对布料等织物的建模方法主要有基于弹性力学的连续模型、离散模型、质点弹簧模型(一般为修正后的模型)等几种。连续的衣服建模方法,将布料等织物视为连续的薄膜状物体,根据布料的应变、位移关系建立相应的几何方程和物理方程,再利用边界条件对方程进行微分求解,得到想要的结果。这种建模方法,对所用到的物理量和布料空间网格划分之间是相对独立的,这就为用户提供了更为便利和人性化的选择,即用户可以根据自身实际选择适合的布料网格划分密度。其中,主要代表性的连续模型有面向悬垂布料的静力学模型,基于连续介质力学的弹性变形模型等。由于衣服织物可变、弹性,很难直接求得精确的方程解,因而一般多采用数值积分的方法来获取其近似解,如有限元分析法等。
2.数值求解算法。数值求解作为3D虚拟衣服动画系统中的一个重要环节,直接关系着衣服动画的仿真效果与动画的流畅性。基于动力学方程的数值求解算法主要包括牛顿法、显式/隐式欧拉法,改进的欧拉法、梯形法等。梯形法是在对显式欧拉法和隐式欧拉法误差进行算术平均所得到的一种精确性更高的数值求解方法。假设在某点处所得到的显示欧拉法近似坐标为A,隐式欧拉法所得到的近似坐标为B,它们符号相反,误差大小相当,这样对A、B两点取中点将会更加接近于真实点,从而在一定程度上提高数值求解精度。
三、总结
总而言之,3D虚拟衣服动画应用前景十分广阔,尽管当前受技术等的限制还面临着诸多障碍与瓶颈,但随着布料仿真技术、计算机技术、虚拟现实技术等各种技术的不断创新进步,随着动画技术研究的不断深入,相信上述困难会得到有效的缓解,我国3D虚拟衣服动画技术会取得进一步的发展。
指导老师:向阳
参考文献:
[1]李汉文.3D虚拟衣服动画系统关键技术的研究与实现[D].兰州:兰州大学,2012.
[2]薛世锐.3D动画中角色设计“审丑”倾向的研究与应用[D].西安:陕西科技大学,2014.
[3]宋曉莉.基于Flash与Papervision3D技术的小学英语课件的设计与研究[D].长沙:中南大学,2013.
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