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摘要：计算机技术为动画的发展提供了助力。计算机动画综合运用了计算机的图像处理技术、数学、物理、艺术等其它学科的技术来形成生动的动画画面。但是目前采用的三维动画的生成方式存在着一定的问题，例如需要较多的人力、巨大的工作量等。文章对一种新的现在受到较多关注的三维动画生成模式，即基于样例的交互式三维动画生成方式进行探析，大体阐述了三维动画的发展历程，提出了基于样例的三维动画的生成的优势和效果。
关键词：交互式三维动画；基于样例；草图；合成
随着计算机技术的发展，动画制作技术由原来的二维动画发展为更加逼真的三维动画。虽然三维动画所带来的视觉效果是一般动画无法相比的，但是三维动画的制作需要大量的软件支持，这给动画制作的初学者带来了很大的困难。目前在技术上，三维动画的制作可以采用多种方式，有基于草图的三维动画的生成，也有基于控制的三维动画的生成和基于样例的交互式三维动画的生成。本文将介绍笔者对基于样例的交互式三维动画的生成研究。
一、三维动画释义
1.三维动画的发展
三维动画即3D动画，是随着计算机软件和硬件技术的发展而产生的一种新兴技术。三维动画的制作离不开三维动画软件的支持。三维动画最早的技术出现于美国的动画制作公司，1995年至2005年是三维动画的起步和初步发展时期。皮克斯公司在1995年制作的《玩具总动员》标志着三维动画的起步。2001到2003年是三维动画迅速发展的时期。这一阶段，各个动画公司争夺着三维动画的市场。三维动画从2004年步入了第三个发展阶段，这是三维动画的全盛阶段，更多的动画制作公司加入到了三维动画制作的行列，三维动画的制作技术也逐步的提高。
2.三维动画制作流程
三维动画在制作时，要根据剧本等的创意，手动绘制出合适的图形结构，然后在计算机中建立一个虚拟的世界，而三维动画的技术员则在这个虚拟世界中进行创作。设计师按照要表现的形象的形状和尺寸在虚拟世界中建立模型和场景，再根据实际要求设定模型的运动轨迹和其它的动画参数，最后设置灯光和模型的材质。完成一切步骤后由计算机进行最后的运算和画面生成。
二、基于样例的交互式三维动画的生成
三维动画起初的制作流程十分复杂，要经过草图的设计，虚拟场景的设置和场景中人物的动作设计等各个方面。这样一个工作流程需要很多人分工才能完成，往往一部三维动画需要耗费大量的人力、物力。传统的三维动画的制作中，人物的骨骼的运动，需要采用反向动力学的原理，通过确立子骨骼的位置，然后利用反向推导出其父骨骼方位。但是这种技术也存在一定的问题。其设定的参数比较复杂，需要花费大量的时间和人力。本文提出一种基于样例的交互式三维动画生成方式，这种方式能大大缩短三维动画的制作过程，也使得已经完成的动作可以持续的使用。
基于样例的动画合成方法是从已经存在的动画入手，这种方式避免了重复的大量劳动，成为当前计算机图形研究的一个重点。基于样例的动画生成技术，从基于草图的三维动画复制基础上产生。在这种方法下，用户可以在保留源动画的风格的情况下，随意加入自己的创意。因为这种特点，该方法就具有了很大的通用性。
该生成方法完全是根据样例来驱动新的目标的。它不需要源网格和目标网格具有相同的三面角片数和顶点书，也不需要有类似的拓扑信息。这种方法也适合源网格和目标没有明确对应关系的情况。用户只需要使用草图工具在源对象和目标对象之间设立一种类似的运动状态即可。通过原型系统上的交互工具，可以让用户在多个源动画上指定复制区域，然后把这些动画复制到目标区域上。
该方法由以下几个步骤组成：
1.确定需要的源动画。确定了场景、人物等需要的源，源动画可以是二维的，可以是三维的，也可以是Flash格式。然后使用线型草图在源对象上选定需要的区域。选定合适的区域后，利用草图建立源文件与目标网格之间的对应关系。
2.确定目标区域需要控制的区域。在目标区域上设置控制点，使用非闭合网络均值坐标，根据源动画的风格来变形目标网格。
3.利用交互调整控制点的方法具体实施。通过优化计算的方法，计算出对应于各个样例姿势的权重，生成适合各个控制点的目标的动作帧。在这一步中，可以通过调整目标网格的参数来控制复制的结果，通过参数的设置来获取最光滑的目标网格，从而生成动画动作的关键帧。
4.后期的美化处理。在复制完之后，新的逼真的三维动画就生成了。为了更好的效果，需要对结果进行一些调整美化。例如对灯光等的处理。
在基于样例的交互式三维动画的生成方式中，源动画和目标动画可以是完全不同的，它们之间通过线型草图进行联系。因此源动画可以是多个，都与目标网格之间进行联系，并产生全新的动画，由此动画创作人员可以在节省步骤的基础上，自由的加入自己的创作理念。这种方式相比反向動力方式，具有不需要建立模型，利用现有资源进行修改的优点。该方法可以选取相似的源网格与目标网格进行操作。不足之处就是需要比较精确的算法来操作结果生成。
参考文献：
[1][美]Chet Haase，Romain Guy著，蔡黄辉译. Java动画、图形和极富客户端效果开发[J]. 机械工业出版社，2008（08）.
[2]卢涤非，任文华，李国军，斯进. 基于样例的交互式三维动画的生成[J]. 计算机研究与发展，2010（01） .
[3]田 丰. 基于样例交互式三维动画的生成研究[J]. 数字技术与应用， 2012（10） .
（作者简介：孙杨高（1984-），男， 重庆开县人，学士，重庆信息技术职业学院，研究方向：美术学、装潢设计、三维动漫设计。）
关键词：交互式三维动画；基于样例；草图；合成
随着计算机技术的发展，动画制作技术由原来的二维动画发展为更加逼真的三维动画。虽然三维动画所带来的视觉效果是一般动画无法相比的，但是三维动画的制作需要大量的软件支持，这给动画制作的初学者带来了很大的困难。目前在技术上，三维动画的制作可以采用多种方式，有基于草图的三维动画的生成，也有基于控制的三维动画的生成和基于样例的交互式三维动画的生成。本文将介绍笔者对基于样例的交互式三维动画的生成研究。
一、三维动画释义
1.三维动画的发展
三维动画即3D动画，是随着计算机软件和硬件技术的发展而产生的一种新兴技术。三维动画的制作离不开三维动画软件的支持。三维动画最早的技术出现于美国的动画制作公司，1995年至2005年是三维动画的起步和初步发展时期。皮克斯公司在1995年制作的《玩具总动员》标志着三维动画的起步。2001到2003年是三维动画迅速发展的时期。这一阶段，各个动画公司争夺着三维动画的市场。三维动画从2004年步入了第三个发展阶段，这是三维动画的全盛阶段，更多的动画制作公司加入到了三维动画制作的行列，三维动画的制作技术也逐步的提高。
2.三维动画制作流程
三维动画在制作时，要根据剧本等的创意，手动绘制出合适的图形结构，然后在计算机中建立一个虚拟的世界，而三维动画的技术员则在这个虚拟世界中进行创作。设计师按照要表现的形象的形状和尺寸在虚拟世界中建立模型和场景，再根据实际要求设定模型的运动轨迹和其它的动画参数，最后设置灯光和模型的材质。完成一切步骤后由计算机进行最后的运算和画面生成。
二、基于样例的交互式三维动画的生成
三维动画起初的制作流程十分复杂，要经过草图的设计，虚拟场景的设置和场景中人物的动作设计等各个方面。这样一个工作流程需要很多人分工才能完成，往往一部三维动画需要耗费大量的人力、物力。传统的三维动画的制作中，人物的骨骼的运动，需要采用反向动力学的原理，通过确立子骨骼的位置，然后利用反向推导出其父骨骼方位。但是这种技术也存在一定的问题。其设定的参数比较复杂，需要花费大量的时间和人力。本文提出一种基于样例的交互式三维动画生成方式，这种方式能大大缩短三维动画的制作过程，也使得已经完成的动作可以持续的使用。
基于样例的动画合成方法是从已经存在的动画入手，这种方式避免了重复的大量劳动，成为当前计算机图形研究的一个重点。基于样例的动画生成技术，从基于草图的三维动画复制基础上产生。在这种方法下，用户可以在保留源动画的风格的情况下，随意加入自己的创意。因为这种特点，该方法就具有了很大的通用性。
该生成方法完全是根据样例来驱动新的目标的。它不需要源网格和目标网格具有相同的三面角片数和顶点书，也不需要有类似的拓扑信息。这种方法也适合源网格和目标没有明确对应关系的情况。用户只需要使用草图工具在源对象和目标对象之间设立一种类似的运动状态即可。通过原型系统上的交互工具，可以让用户在多个源动画上指定复制区域，然后把这些动画复制到目标区域上。
该方法由以下几个步骤组成：
1.确定需要的源动画。确定了场景、人物等需要的源，源动画可以是二维的，可以是三维的，也可以是Flash格式。然后使用线型草图在源对象上选定需要的区域。选定合适的区域后，利用草图建立源文件与目标网格之间的对应关系。
2.确定目标区域需要控制的区域。在目标区域上设置控制点，使用非闭合网络均值坐标，根据源动画的风格来变形目标网格。
3.利用交互调整控制点的方法具体实施。通过优化计算的方法，计算出对应于各个样例姿势的权重，生成适合各个控制点的目标的动作帧。在这一步中，可以通过调整目标网格的参数来控制复制的结果，通过参数的设置来获取最光滑的目标网格，从而生成动画动作的关键帧。
4.后期的美化处理。在复制完之后，新的逼真的三维动画就生成了。为了更好的效果，需要对结果进行一些调整美化。例如对灯光等的处理。
在基于样例的交互式三维动画的生成方式中，源动画和目标动画可以是完全不同的，它们之间通过线型草图进行联系。因此源动画可以是多个，都与目标网格之间进行联系，并产生全新的动画，由此动画创作人员可以在节省步骤的基础上，自由的加入自己的创作理念。这种方式相比反向動力方式，具有不需要建立模型，利用现有资源进行修改的优点。该方法可以选取相似的源网格与目标网格进行操作。不足之处就是需要比较精确的算法来操作结果生成。
参考文献：
[1][美]Chet Haase，Romain Guy著，蔡黄辉译. Java动画、图形和极富客户端效果开发[J]. 机械工业出版社，2008（08）.
[2]卢涤非，任文华，李国军，斯进. 基于样例的交互式三维动画的生成[J]. 计算机研究与发展，2010（01） .
[3]田 丰. 基于样例交互式三维动画的生成研究[J]. 数字技术与应用， 2012（10） .
（作者简介：孙杨高（1984-），男， 重庆开县人，学士，重庆信息技术职业学院，研究方向：美术学、装潢设计、三维动漫设计。）