一種利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物角色死亡的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物角色死亡的方法，主要包括：渲染模型、骨骼架構(gòu)和物理模型的層次關(guān)系；基于骨骼架構(gòu)、物理模型和蒙皮模型三者之間的層次關(guān)系，計算得到每個骨骼的世界矩陣；根據(jù)每個骨骼的世界矩陣和時間變化量得到骨骼的死亡速度。本發(fā)明所述利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物角色死亡的方法，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中重復(fù)工作量大、動作缺乏新意和工作效率低等缺陷，以實現(xiàn)重復(fù)工作量小、動作具有新意和工作效率高的優(yōu)點。
【專利說明】一種利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物角色死亡的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算機【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物角 色死亡的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 布娃娃物理系統(tǒng)（Ragdoll physics)通常被用于電子游戲中物理引擎中代替?zhèn)鹘y(tǒng) 靜態(tài)畫面的可變性角色動畫系統(tǒng)。游戲中實現(xiàn)實時動畫已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實，現(xiàn)在人們利用三維 工具開發(fā)工具建立一個角色模型，并為合適的角色模型設(shè)定骨骼，利用底層的引擎控制角 色的變換，由于之前的技術(shù)限制，骨骼的移動沒有像角色肌肉的來約束，在實際的運用過程 中，經(jīng)常出現(xiàn)將骨骼移動到一個現(xiàn)實中不可能實現(xiàn)的位置，這種系統(tǒng)通常用于網(wǎng)絡(luò)游戲中 的射擊類游戲和動作游戲中，目前的游戲中很少用到布娃娃物理系統(tǒng)，一般的都是當擊中 目標時，直接在三維軟件中做好的動畫然后放進游戲中，以達到真實的角色受攻擊時的狀 態(tài)，但是隨著游戲的越來越復(fù)雜，這中方法的缺點也變的顯著： ⑴每次制作新的產(chǎn)品時，都要為人物重新制作一套動畫； ⑵對于同樣的人物受外力攻擊時，死亡姿態(tài)動作重復(fù)，缺乏新意； ⑶增減了游戲制作者對人物設(shè)計動作的工作量，無法提高效率。
[0003] 在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在重復(fù)工作量大、動作缺 乏新意和工作效率低等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物角色 死亡的方法，以實現(xiàn)重復(fù)工作量小、動作具有新意和工作效率高的優(yōu)點。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物 角色死亡的方法，主要包括： a、 渲染模型、骨骼架構(gòu)和物理模型的層次關(guān)系； b、 基于骨骼架構(gòu)、物理模型和蒙皮模型三者之間的層次關(guān)系，計算得到每個骨骼的世 界矩陣； c、 根據(jù)每個骨骼的世界矩陣和時間變化量得到骨骼的死亡速度。
[0006] 進一步地，所述步驟a，具體包括： 在三維軟件中制作完成的角色模型導(dǎo)出時，包括角色的蒙皮模型，骨骼模型，還有一些 用于碰撞檢測的物理模型，還有骨骼之間的變換的矩陣信息； 骨骼架構(gòu)置于渲染模型內(nèi)部，當骨骼運動的時候會牽引著蒙皮一起運動；物理模型是 近似的包裹了渲染模型外部，并為物理模型設(shè)定一定的質(zhì)量；一般人物角色規(guī)定是由13個 立方體構(gòu)成角色的骨骼組成，這13塊骨骼分別為：頭、左右上臂，左右下臂，脊柱2塊，左右 大腿，左右小腿，左右腳； 對于物理模型的13立方體構(gòu)成的骨架系統(tǒng)，不同的骨骼繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，正常情況下可以 分為下面幾種情況： ⑴人物頭部骨骼繞脖子關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的弧度是一個倒角的圓錐體； ⑵膝關(guān)節(jié)可以前后有一定范圍的擺動； ⑶肘關(guān)節(jié)和肩部關(guān)節(jié)可繞對應(yīng)關(guān)節(jié)在范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0007] 進一步地，所述步驟b，具體包括： 物理模型和骨骼模型有對應(yīng)的綁定關(guān)系，用數(shù)學(xué)表達式來表達其關(guān)系，具體的綁定方 法為： 每個模型的移動，縮放，旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)信息都能夠從底部的引 擎中獲得的，把骨骼模型的運動的初始變換世界矩陣信息記作

【權(quán)利要求】
1. 一種利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物角色死亡的方法，其特征在于，主要包括： a、 渲染模型、骨骼架構(gòu)和物理模型的層次關(guān)系； b、 基于骨骼架構(gòu)、物理模型和蒙皮模型三者之間的層次關(guān)系，計算得到每個骨骼的世 界矩陣； c、 根據(jù)每個骨骼的世界矩陣和時間變化量得到骨骼的死亡速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物角色死亡的方法，其特征在 于，所述步驟a，具體包括： 在三維軟件中制作完成的角色模型導(dǎo)出時，包括角色的蒙皮模型，骨骼模型，還有一些 用于碰撞檢測的物理模型，還有骨骼之間的變換的矩陣信息； 骨骼架構(gòu)置于渲染模型內(nèi)部，當骨骼運動的時候會牽引著蒙皮一起運動；物理模型是 近似的包裹了渲染模型外部，并為物理模型設(shè)定一定的質(zhì)量；一般人物角色規(guī)定是由13個 立方體構(gòu)成角色的骨骼組成，這13塊骨骼分別為：頭、左右上臂，左右下臂，脊柱2塊，左右 大腿，左右小腿，左右腳； 對于物理模型的13立方體構(gòu)成的骨架系統(tǒng)，不同的骨骼繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，正常情況下可以 分為下面幾種情況： ⑴人物頭部骨骼繞脖子關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的弧度是一個倒角的圓錐體； ⑵膝關(guān)節(jié)可以前后有一定范圍的擺動； ⑶肘關(guān)節(jié)和肩部關(guān)節(jié)可繞對應(yīng)關(guān)節(jié)在范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物角色死亡的方法，其特征在 于，所述步驟b，具體包括： 物理模型和骨骼模型有對應(yīng)的綁定關(guān)系，用數(shù)學(xué)表達式來表達其關(guān)系，具體的綁定方 法為： 每個模型的移動，縮放，旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)信息都能夠從底部的引 擎中獲得的，把骨骼模型的運動的初始變換世界矩陣信息記作 Mj,物理模型運動的初始變換世界矩陣信息記作^,MjiftMs的逆矩陣就等于渲染 模型相對于物理模型的相對矩陣記作pB ,隨著時間的流逝,物理模型的矩陣信 息在每刻都不同，這個矩陣信息能夠從底部引擎中獲取的，得到的相對矩陣是不變的； 這種矩陣的變換關(guān)系如下：用公式表示為：
其中表示物理模型矩陣的逆矩陣； 那么骨骼在每時刻的世界矩陣為：
基于公式（1) (2)和物理模型的世界矩陣信息得到每個骨骼每時刻的世界矩陣信息； 那么根據(jù)人體的13塊骨骼信息，得到13塊骨骼每時刻的世界矩陣，這些骨骼的世界矩陣來 驅(qū)動蒙皮頂點以及這些頂點受那些骨骼影響的權(quán)重值進而得到頂點的新位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物角色死亡的方法，其特征在 于，所述步驟c，具體包括： 當人物從有生命到死亡狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程中，需要將物理模型的世界矩陣和骨骼的世界 矩陣相互轉(zhuǎn)變； 在三維軟件中，對人物有生命狀態(tài)時，通過美術(shù)對人物動作的進行插入關(guān)鍵幀實現(xiàn)人 物的動作播放，同時是由關(guān)鍵幀中的骨骼的世界矩陣信息即骨骼模型來驅(qū)動渲染模型，同 時也驅(qū)動著物理模型，此時的物理模型設(shè)定質(zhì)量為〇,當人物受到手榴彈的攻擊時，因為物 理模型的質(zhì)量可以形成反彈的物理效果，更貼近現(xiàn)實。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物角色死亡的方法，其特征在 于，在步驟c中，當人物受外力作用死亡的過程中，分為兩種情況： (一） 第一種情況，當人物受力不足以當場斃命時，此時分為兩種階段來討論人物死亡 的過程： a) 其中第一階段是美術(shù)對人物角色死亡狀態(tài)插入關(guān)鍵幀并播放動畫來模擬人物死亡 的短暫過程，是由骨骼模型來驅(qū)動完成動畫的播放，而不是物理模型來驅(qū)動的； b) 第二個階段是：記錄第一階段美術(shù)設(shè)定關(guān)鍵幀的最后一幀人物的狀態(tài)，然后把此時 的狀態(tài)的骨骼矩陣傳給新的渲染模型，在步驟a中，有生命人物同時有蒙皮模型即可見模 型、物理模型、骨骼模型并存，而到第二個階段，此時的渲染模型不是第一階段的渲染模型， 二者的頂點數(shù)量是一樣的，第一個階段的渲染模型是受20個或者更多的骨骼模型來支配 其運動，而新的渲染模型只受到13塊骨骼的影響，這個階段人物的運動狀態(tài)有本引擎接管 并驅(qū)動完成，而不是設(shè)定的關(guān)鍵幀動畫，這個過程是由物理模型驅(qū)動骨骼模型，骨骼模型再 驅(qū)動渲染模型來完成的； (二） 第二種情況：當人物受力的作用很大時，直接由物理模型來接管完成人物死亡的 過程。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用布娃娃物理系統(tǒng)模擬人物角色死亡的方法，其特征在 于，在第一種情況中，基于第二
個階段，用力學(xué)沖量定理來表達： 其中J為沖量，F(xiàn)為作用力，m為質(zhì)量，V為速度，t為時間； 在上述公式（3)中，在引擎底層這個F作用力是一個可以調(diào)節(jié)的已知量，時間的變化量 是應(yīng)用程序每執(zhí)行一次循環(huán)所花費的時間，然后根據(jù)循環(huán)上一次和下一次的時間中的每個 骨骼的世界矩陣得到每個骨骼在該時間的一個變化量，而人物的速度計算是根據(jù)作用力由 該引擎自身來完成的，然后把這個速度傳遞給新的渲染模型，來模擬人物的死亡過程。
【文檔編號】G06T13/40GK104268920SQ201410448533
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】張翼 申請人:無錫梵天信息技術(shù)股份有限公司