一種三維動(dòng)畫(huà)中角色發(fā)型的快速生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維動(dòng)畫(huà)中角色發(fā)型的快速生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)，是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新興技術(shù)，可以方便快捷地制作出滿(mǎn)足導(dǎo)演需求的三維動(dòng)畫(huà)或影視特效鏡頭。
[0003]三維動(dòng)畫(huà)片的制作原理一般為:首先，利用三維軟件(比如3ds Max、Maya或Houdini)在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)虛擬的世界；然后，在這個(gè)虛擬的三維世界中添加場(chǎng)景和三維卡通角色等三維模型；最后，設(shè)定模型的動(dòng)畫(huà)曲線(xiàn)、虛擬攝影機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡和其它動(dòng)畫(huà)參數(shù)，渲染得到角色動(dòng)畫(huà)。
[0004]由于三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)具備可精確模擬真實(shí)景象、幾乎無(wú)創(chuàng)作限制等特點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于娛樂(lè)、教育、軍事等諸多領(lǐng)域。
[0005]盡管現(xiàn)有三維軟件及插件都提供了大量豐富功能，但對(duì)于人物角色發(fā)型的形態(tài)和動(dòng)力學(xué)并沒(méi)有一套完善的解決方案。角色頭發(fā)的模擬分為發(fā)型設(shè)定、動(dòng)力學(xué)模擬和渲染三個(gè)環(huán)節(jié)，其中前兩個(gè)環(huán)節(jié)分別為渲染環(huán)節(jié)提供初始形態(tài)和動(dòng)態(tài)效果。對(duì)于發(fā)型的塑造，現(xiàn)有技術(shù)可以分為幾何建模方法和三維軟件自身工具兩種方法。前者可細(xì)分為雕刻方法和面片建模兩種，后者可細(xì)分為利用L系統(tǒng)的方法，頭發(fā)制作工具兩種，這些方法各有利弊。
[0006]幾何建模方法:
[0007]A)利用三維雕刻軟件可以創(chuàng)建出頭發(fā)的發(fā)型，但是存在缺乏小縷頭發(fā)的細(xì)節(jié)、模型多邊形數(shù)量很多，以及無(wú)法進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬等缺陷。
[0008]B)面片建模方式，是利用多邊形或NURBS面來(lái)建立小縷頭發(fā)的模型，它的缺點(diǎn)是，缺乏細(xì)節(jié)，如果每縷頭發(fā)選取的很小，則需要很多的面片，工作量巨大，同時(shí)面片之間如何保證不穿插，以及面片在特定視角下邊緣存在瑕疵，都無(wú)法妥善解決。
[0009]三維軟件自身工具:
[0010]A)利用L系統(tǒng)可以提供對(duì)頭發(fā)走勢(shì)的靈活控制，可以快速方便的創(chuàng)建出各種發(fā)型效果，但是不支持動(dòng)力學(xué)解算。
[0011]B)頭發(fā)制作工具提供了對(duì)頭發(fā)形態(tài)的多種控制，比如可以成縷梳理成辮子，渲染效果也更好，也支持動(dòng)力學(xué)解算，但是卻很難塑造成所需的發(fā)型，并且發(fā)型的維持也比較難，比如辮子在動(dòng)力學(xué)模擬下很容變散。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種三維動(dòng)畫(huà)中角色發(fā)型的快速生成方法，本發(fā)明的發(fā)型動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)解算快速，生成的發(fā)型及辮子不易變散。
[0013]本發(fā)明的三維動(dòng)畫(huà)中角色發(fā)型的快速生成方法，其包括以下步驟:
[0014]步驟1，利用NURBS建模工具創(chuàng)建出角色發(fā)型中非辮子區(qū)域的一縷頭發(fā)的輪廓，所述一縷頭發(fā)的輪廓即為NURBS面片或NURBS圓柱，然后從所述NURBS面片或NURBS圓柱上提取沿所述一縷頭發(fā)走向的任意一個(gè)曲線(xiàn)Y，將該曲線(xiàn)Y轉(zhuǎn)化為頭發(fā)制作工具中的單根頭發(fā)S ;所述NURBS為non-uniform rat1nal B-Splines即非均勾有理B樣條曲線(xiàn)；
[0015]步驟2，利用步驟I生成角色發(fā)型中非辮子區(qū)域的各縷頭發(fā)在頭發(fā)制作工具中對(duì)應(yīng)的單根頭發(fā)集合S’，并將所述單根頭發(fā)集合S’中的每根頭發(fā)都綁定到頭發(fā)動(dòng)力學(xué)解算器，使之能夠隨著角色運(yùn)動(dòng)而動(dòng)；
[0016]步驟3，利用NURBS建模工具創(chuàng)建出角色發(fā)型中辮子區(qū)域的一股頭發(fā)的輪廓，所述一股頭發(fā)的輪廓即為NURBS面片或NURBS圓柱，然后從所述NURBS面片或NURBS圓柱上提取沿所述一股頭發(fā)走向的任意一個(gè)曲線(xiàn)Y，將該曲線(xiàn)Y轉(zhuǎn)化為頭發(fā)制作工具中的單根頭發(fā)W ；
[0017]步驟4，利用步驟3生成角色發(fā)型中辮子區(qū)域的各股頭發(fā)在頭發(fā)制作工具中對(duì)應(yīng)的單根頭發(fā)集合r，并將所述單根頭發(fā)集合r中的每根頭發(fā)都綁定到頭發(fā)動(dòng)力學(xué)解算器，使之能夠隨著角色運(yùn)動(dòng)而動(dòng)；
[0018]步驟5，在辮子區(qū)域的總體形狀中線(xiàn)位置從根部到末梢創(chuàng)建一根頭發(fā)Z，并綁定到頭發(fā)動(dòng)力學(xué)解算器，使之能夠隨著角色運(yùn)動(dòng)而動(dòng)；沿此頭發(fā)曲線(xiàn)創(chuàng)建含有N個(gè)骨骼節(jié)點(diǎn)的曲線(xiàn)反向動(dòng)力學(xué)骨骼系統(tǒng)，其中N大于等于三，并賦予所述曲線(xiàn)反向動(dòng)力學(xué)骨骼系統(tǒng)對(duì)辮子區(qū)域的NURBS面片或NURBS圓柱上各控制點(diǎn)的綁定權(quán)重；
[0019]步驟6，在當(dāng)前幀角色運(yùn)動(dòng)后，對(duì)所述單根頭發(fā)Z利用頭發(fā)動(dòng)力學(xué)解算器進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬，使得確定辮子區(qū)域各控制點(diǎn)綁定權(quán)重的曲線(xiàn)反向動(dòng)力學(xué)骨骼系統(tǒng)隨之變化，從而更新辮子區(qū)域的NURBS面片或NURBS圓柱獲得辮子整體的動(dòng)力學(xué)模擬；然后進(jìn)行各縷或股頭發(fā)的動(dòng)力學(xué)模擬，對(duì)所述單根頭發(fā)集合S’和所述單根頭發(fā)集合W’均利用頭發(fā)動(dòng)力學(xué)解算器進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬，分別獲得曲線(xiàn)集合Xl和曲線(xiàn)集合X2，將所述曲線(xiàn)集合Xl和曲線(xiàn)集合X2的每一根曲線(xiàn)作為L(zhǎng)系統(tǒng)中的路徑曲線(xiàn)產(chǎn)生多根頭發(fā)曲線(xiàn)，獲得當(dāng)前幀的角色發(fā)型。
[0020]曲線(xiàn)反向動(dòng)力學(xué)骨骼系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)曲線(xiàn)IK系統(tǒng)，英文名Spline Ik。
[0021]有益效果:
[0022]本發(fā)明生成的辮子不易變散，理由:利用SplineIK骨骼系統(tǒng)約束辮子中每股頭發(fā)的NURBS面片，使得股與股頭發(fā)之間不會(huì)散開(kāi)；利用NURBS面片來(lái)約束多根頭發(fā)，使得多根頭發(fā)之間不會(huì)散開(kāi)。
[0023]本發(fā)明生成的發(fā)型速度快，理由:對(duì)Z來(lái)進(jìn)行辮子整體的動(dòng)力學(xué)模擬，然后用S和W的動(dòng)力學(xué)解算來(lái)制作單縷或單股頭發(fā)的動(dòng)力學(xué)模擬，從而速度更快，也利于頭發(fā)作為一縷一縷的單位來(lái)運(yùn)動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明的三維動(dòng)畫(huà)中角色發(fā)型的快速生成方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]三維動(dòng)畫(huà)制作工具M(jìn)aya包括:NURBS建模工具、頭發(fā)Hair模塊和筆刷模塊PaintEffect、SplineIk骨賂系統(tǒng)和EP曲線(xiàn)。筆刷模塊PaintEffect中的頭發(fā)Hair能夠根據(jù)一縷頭發(fā)的發(fā)型走向的任意一個(gè)曲線(xiàn)快速生成該縷頭發(fā)的多根頭發(fā)，提供對(duì)頭發(fā)走勢(shì)的靈活控制，可以快速方便的創(chuàng)建出各種發(fā)型效果。Maya Hair渲染效果好，支持動(dòng)力學(xué)解算，能夠使得頭發(fā)隨著動(dòng)