專利名稱：三維植物體音樂(lè)動(dòng)畫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)多媒體系統(tǒng)和三維計(jì)算機(jī)圖形動(dòng)畫系統(tǒng)，特別涉及三維植物體的音樂(lè)動(dòng)畫系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
關(guān)于植物的建模和真實(shí)感繪制一直是圖形學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。人們做了大量的卓有成效的工作，然而有關(guān)植物動(dòng)畫的研究卻不多見，而且多關(guān)注于植物的生長(zhǎng)動(dòng)畫，具有真實(shí)感的植物運(yùn)動(dòng)模擬由于具有較高的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜度和場(chǎng)景復(fù)雜度，對(duì)這類運(yùn)動(dòng)的描述、控制和實(shí)現(xiàn)具有較大的難度。而且，由于植物具有較高的運(yùn)動(dòng)自由度，給求解運(yùn)動(dòng)方程帶來(lái)了很大的難度，實(shí)時(shí)動(dòng)畫就更加難以實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有的大多數(shù)虛擬舞蹈系統(tǒng)采用虛擬人作為其動(dòng)畫角色，并且大多數(shù)是運(yùn)用運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)捕捉裝置(磁電式或光電式)捕捉真實(shí)世界的人的動(dòng)作信息，然后通過(guò)各種運(yùn)動(dòng)合成方法，將運(yùn)動(dòng)重定位到虛擬舞蹈角色，生成逼真的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫序列。這種方法需要較為復(fù)雜而昂貴的運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，并且需要采集大量的真實(shí)人物的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，而且合成新的運(yùn)動(dòng)較為困難，合成的運(yùn)動(dòng)往往只是所捕捉到的真實(shí)運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單重復(fù)，難免給人單調(diào)乏味的感覺。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種三維植物體音樂(lè)動(dòng)畫系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，一種三維植物體音樂(lè)動(dòng)畫系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)單元、音頻播放單元和視頻顯示單元；所述計(jì)算機(jī)單元能夠通過(guò)內(nèi)置軟件，分析存儲(chǔ)在音樂(lè)庫(kù)中的音樂(lè)文件；所述計(jì)算機(jī)單元還能夠通過(guò)內(nèi)置軟件，計(jì)算并自動(dòng)生成連續(xù)的動(dòng)畫視頻，并將視頻信號(hào)輸出到視頻顯示單元；所述音頻播放單元，用于播放音頻信號(hào)；所述視頻顯示單元，用于顯示音頻數(shù)據(jù)；其特征在于所述計(jì)算機(jī)單元包括三維圖形庫(kù)，用于存儲(chǔ)各種三維植物的模型；實(shí)時(shí)動(dòng)畫序列生成和實(shí)時(shí)渲染模塊，用于自動(dòng)生成并渲染實(shí)時(shí)的舞蹈動(dòng)作；舞蹈姿態(tài)庫(kù)，用于存儲(chǔ)各種舞蹈姿態(tài)；自動(dòng)舞蹈規(guī)則模塊，用于產(chǎn)生舞蹈動(dòng)作規(guī)劃數(shù)據(jù)；舞蹈動(dòng)作腳本模塊，用于存儲(chǔ)舞蹈動(dòng)作數(shù)據(jù)。
本發(fā)明在不需要運(yùn)動(dòng)捕捉裝置的情況下，逼真地模擬植物體的運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)地生成三維植物體的舞蹈運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫序列。本發(fā)明還能讓用戶自己編輯舞蹈姿態(tài)和動(dòng)作，從而能夠編排生成與音樂(lè)風(fēng)格和諧統(tǒng)一的舞蹈動(dòng)畫。為用戶提供一個(gè)集音樂(lè)、舞蹈、三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫等多項(xiàng)技術(shù)于一體的智能娛樂(lè)系統(tǒng)。本發(fā)明所用的方法在多媒體影視制作，多媒體娛樂(lè)游戲開發(fā)和多媒體廣告制作等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明三維植物體音樂(lè)動(dòng)畫系統(tǒng)組成框圖。
具體實(shí)施例方式
附圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)單元計(jì)算機(jī)單元10、音響輸出單元20和視頻顯示單元30。計(jì)算機(jī)單元包括由各種音樂(lè)文件、CD光盤、唱片等組成的一個(gè)音樂(lè)庫(kù)101；計(jì)算機(jī)單元內(nèi)置有音樂(lè)信號(hào)處理模塊102用于處理和識(shí)別音樂(lè)信號(hào)，以便控制舞蹈動(dòng)作的時(shí)間、風(fēng)格、力度等要素；音樂(lè)播放模塊103用于播放音樂(lè)，將音頻信號(hào)輸出給音頻播放單元20。計(jì)算機(jī)單元內(nèi)還內(nèi)置有三維圖形庫(kù)111，存儲(chǔ)各種三維植物的模型用于舞蹈動(dòng)畫；實(shí)時(shí)動(dòng)畫序列生成和實(shí)時(shí)渲染模塊112，將從舞蹈姿態(tài)庫(kù)113中提取姿態(tài)數(shù)據(jù)，從自動(dòng)舞蹈規(guī)則114模塊產(chǎn)生舞蹈動(dòng)作規(guī)劃數(shù)據(jù)，或從舞蹈動(dòng)作腳本115中提取舞蹈動(dòng)作數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成并渲染實(shí)時(shí)的舞蹈動(dòng)畫。計(jì)算機(jī)單元還提供三維建模121、舞蹈姿態(tài)編輯122、舞蹈動(dòng)作編排123三個(gè)與用戶交換的接口，以使系統(tǒng)能夠由用戶自己定義生成植物模型、舞蹈姿態(tài)和舞蹈動(dòng)作。計(jì)算機(jī)單元的樂(lè)曲輸出音頻信號(hào)和動(dòng)畫輸出視頻信號(hào)分別連接到音頻播放單元20和視頻顯示單元30，以播放音樂(lè)和顯示動(dòng)畫。
實(shí)施實(shí)例將音樂(lè)文件直接存放在計(jì)算機(jī)單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部件中，如硬盤，只讀儲(chǔ)存器，可擦除儲(chǔ)存器，或閃存等，形成一個(gè)音樂(lè)庫(kù)；或者可以通過(guò)CD裝置或外部其它音樂(lè)播放裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)音樂(lè)的播放。例如，我們存儲(chǔ)了柴可夫斯基的《天鵝湖》作為舞蹈表演的音樂(lè)。在本系統(tǒng)的內(nèi)建立包括各種植物體三維數(shù)據(jù)的圖形庫(kù)。例如，我們通過(guò)三維建模模塊，建立一個(gè)三維的百合花模型，作為舞蹈動(dòng)畫的主角，它由一根主莖、四片葉和位于頂端的一朵花組成。這些器官在舞蹈時(shí)均可以運(yùn)動(dòng)，并模擬人的軀干和四肢的作出各種各樣千姿百態(tài)的運(yùn)動(dòng)。在本系統(tǒng)內(nèi)建立與各種植物體模型相對(duì)應(yīng)的舞蹈姿態(tài)庫(kù)。例如，我們將動(dòng)畫角色百合花的姿態(tài)分為花朵、主莖和四片枝葉六個(gè)部分，每個(gè)部分又分別建立具有代表性的姿態(tài)若干種(比如，對(duì)于花朵部分可以有花朵的低垂、高昂、側(cè)偏和扭轉(zhuǎn)等)。在本系統(tǒng)內(nèi)建立包括各種植物體舞蹈動(dòng)作序列的舞蹈動(dòng)作的動(dòng)作腳本文件。例如，我們按照音樂(lè)的自然節(jié)拍建立每一節(jié)拍的目標(biāo)姿態(tài)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)基于物理的動(dòng)力學(xué)模型自動(dòng)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)間的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換，從而生成各式各樣的舞蹈動(dòng)作。再加上一些全局性的控制舞蹈的動(dòng)作，如移動(dòng)、跳躍、旋轉(zhuǎn)等，便可以形成一個(gè)完整的舞蹈腳本文件，舞蹈動(dòng)畫角色便可以按照所寫的舞蹈腳本進(jìn)行連貫流暢的舞蹈。在本系統(tǒng)的內(nèi)置軟件建立音樂(lè)要素(如節(jié)拍、高音、低音、鼓點(diǎn)等)提取和識(shí)別的音頻信號(hào)處理單元。例如，我們可以采用頻譜分析的方法，提取和識(shí)別音調(diào)的高低。對(duì)于音源采用MIDI的情況，我們可以建立MIDI分析單元，提取MIDI音樂(lè)信號(hào)種所含的音高、音長(zhǎng)、節(jié)拍等信息，以更準(zhǔn)確地控制動(dòng)畫角色的舞蹈。用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕顯示中人機(jī)交互的軟件界面方式，選擇植物體動(dòng)畫配曲方式，可以人工手動(dòng)配曲或者全自動(dòng)配曲。例如，我們選擇人工手動(dòng)配曲的方式，那么就還需進(jìn)一步選擇舞蹈腳本，我們可以按照第4步中介紹的方式編寫舞蹈腳本保存起來(lái)并選作當(dāng)前舞蹈腳本。在用戶點(diǎn)擊開始指令后，系統(tǒng)將播放所選擇的樂(lè)曲，并同時(shí)生成與樂(lè)曲相對(duì)應(yīng)的舞蹈動(dòng)畫，并將音頻及視頻信號(hào)輸出于音頻播放單元和視頻顯示單元。音頻播放單元包括功率放大器、揚(yáng)聲器件、音箱。視頻顯示單元包括液晶顯示器、等離子體顯示器、背投或前投式顯示器。顯示器可以單機(jī)顯示或多機(jī)組合顯示。
權(quán)利要求
1.一種三維植物體音樂(lè)動(dòng)畫系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)單元、音頻播放單元和視頻顯示單元，所述計(jì)算機(jī)單元能夠通過(guò)內(nèi)置軟件，分析存儲(chǔ)在音樂(lè)庫(kù)中的音樂(lè)文件；所述計(jì)算機(jī)單元還能夠通過(guò)內(nèi)置軟件，計(jì)算并自動(dòng)生成連續(xù)的動(dòng)畫視頻，并將視頻信號(hào)輸出到視頻顯示單元；所述音頻播放單元，用于播放音頻信號(hào)；所述視頻顯示單元，用于顯示音頻數(shù)據(jù)；其特征在于所述計(jì)算機(jī)單元包括三維圖形庫(kù)，用于存儲(chǔ)各種三維植物的模型；實(shí)時(shí)動(dòng)畫序列生成和實(shí)時(shí)渲染模塊，用于自動(dòng)生成并渲染實(shí)時(shí)的舞蹈動(dòng)作；舞蹈姿態(tài)庫(kù)，用于存儲(chǔ)各種舞蹈姿態(tài)；自動(dòng)舞蹈規(guī)則模塊，用于產(chǎn)生舞蹈動(dòng)作規(guī)劃數(shù)據(jù)；舞蹈動(dòng)作腳本模塊，用于存儲(chǔ)舞蹈動(dòng)作數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)單元還包括；三維建模接口，由用戶自己定義生成植物模型；舞蹈姿態(tài)編輯接口，由用戶自己定義生成舞蹈姿態(tài)；舞蹈動(dòng)作編排接口，由用戶自己定義生成舞蹈動(dòng)作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)算機(jī)單元還包括音樂(lè)信號(hào)處理單元，用于處理音樂(lè)庫(kù)中的音樂(lè)信號(hào)；音樂(lè)播放單元，用于播放來(lái)自音樂(lè)信號(hào)處理單元的音樂(lè)信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述音樂(lè)庫(kù)由計(jì)算機(jī)硬盤、CD光盤、唱片等外存儲(chǔ)裝置構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述音頻播放單元包括功率放大器、揚(yáng)聲器件、音箱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述視頻顯示單元包括液晶顯示器、等離子體顯示器、背投或前投式顯示器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述顯示器可以單機(jī)顯示或多機(jī)組合顯示。
全文摘要
一種三維植物體音樂(lè)動(dòng)畫系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)單元、音頻播放單元和視頻顯示單元，所述計(jì)算機(jī)單元能夠通過(guò)內(nèi)置軟件，分析存儲(chǔ)在音樂(lè)庫(kù)中的音樂(lè)文件；所述計(jì)算機(jī)單元還能夠通過(guò)內(nèi)置軟件，計(jì)算并自動(dòng)生成連續(xù)的動(dòng)畫視頻，并將視頻信號(hào)輸出到視頻顯示單元；所述音頻播放單元，用于播放音頻信號(hào)；所述視頻顯示單元，用于顯示音頻數(shù)據(jù)；三維圖形庫(kù)，用于存儲(chǔ)各種三維植物的模型；實(shí)時(shí)動(dòng)畫序列生成和實(shí)時(shí)渲染模塊，用于自動(dòng)生成并渲染實(shí)時(shí)的舞蹈動(dòng)作；舞蹈姿態(tài)庫(kù)，用于存儲(chǔ)各種舞蹈姿態(tài)；自動(dòng)舞蹈規(guī)則模塊，用于產(chǎn)生舞蹈動(dòng)作規(guī)劃數(shù)據(jù)；舞蹈動(dòng)作腳本模塊，用于編輯和存儲(chǔ)舞蹈動(dòng)作數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G06T15/70GK1629889SQ20031012062
公開日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2003年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月15日
發(fā)明者李昌智, 胡包鋼 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所