一種基于投射的動(dòng)態(tài)貼圖方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于三維動(dòng)畫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于投射的動(dòng)態(tài)貼圖方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維動(dòng)畫技術(shù)，是近年來隨著計(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足導(dǎo)演需求的三維動(dòng)畫或影視特效鏡頭。
[0003]三維動(dòng)畫片的制作原理一般為:首先，利用三維動(dòng)畫軟件(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)畫曲線、虛擬攝影機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡和其它動(dòng)畫參數(shù)，渲染得到角色動(dòng)畫。
[0004]由于三維動(dòng)畫技術(shù)具備可精確模擬真實(shí)景象、幾乎無創(chuàng)作限制等特點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于娛樂、教育、軍事等諸多領(lǐng)域。
[0005]針對(duì)電影行業(yè)，現(xiàn)在越來越多的電影采用3D技術(shù)制作，給予觀眾身臨其境的非凡體驗(yàn)。但是3D相對(duì)于2D電影，技術(shù)難度和工作量更大。比如，在后期合成中經(jīng)常會(huì)使用平面素材就無法和3D技術(shù)兼容；2D電影中遠(yuǎn)景處可使用的數(shù)字接景技術(shù)，在3D制作中就需要將貼圖UV映射到背景模型上，才能渲染出立體的效果；考慮到人左右眼的視線范圍，所能感知的景深也存在范圍限制，超出后會(huì)感到眩暈不舒服。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于投射的動(dòng)態(tài)貼圖方法，該方法能夠快速、簡(jiǎn)便制作出貼圖富于變化的三維模型，并能使場(chǎng)景中的平面素材具有景深的效果。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種基于投射的動(dòng)態(tài)貼圖方法，具體過程為:
[0009]第一步，將場(chǎng)景中物體模型上的各個(gè)頂點(diǎn)映射到動(dòng)態(tài)貼圖中的UV坐標(biāo)；
[0010]第二步，繪制動(dòng)態(tài)貼圖，將所繪制的動(dòng)態(tài)貼圖投射至場(chǎng)景中物體模型上；
[0011]第三步，根據(jù)所需展現(xiàn)的場(chǎng)景深度范圍，設(shè)定兩個(gè)虛擬攝像機(jī)之間的軸間距B，確保場(chǎng)景中所有物體在合適的深度范圍內(nèi)，并調(diào)整物體的立體感；
[0012]所述合適的深度范圍為[D '，D “2]:
[0013]D ^1= L/(l+(2.4WXC+E) XL/(2WXFXB)) (6)
[0014]D “2= L/(l-(2.4WXC+E) XL/(2WXFXB)) (7)
[0015]其中，C = 0.0174，W為投射屏幕寬度，E為人兩眼之間的距離，F(xiàn)為虛擬攝像機(jī)的焦距，L為匯聚面距離虛擬攝像機(jī)的距離；
[0016]第四步，針對(duì)場(chǎng)景中平面素材，分別對(duì)其在兩個(gè)虛擬攝像機(jī)中的成像做位移變換，使平面素材具有景深。
[0017]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述第三步的具體過程為:
[0018](I)首先植染出場(chǎng)景的深度貼圖depth map，即獲得場(chǎng)景中各物體相對(duì)于虛擬攝像機(jī)的距離，從而得到場(chǎng)景中所有物體模型的深度范圍D^D2];
[0019](2)在深度范圍[D1, D2]內(nèi)，確定場(chǎng)景中所需展現(xiàn)的物體模型的深度范圍[D’
D’ 2]，根據(jù)所述深度范圍[D’ i，D’ 2]計(jì)算出理論上的兩個(gè)虛擬攝像機(jī)之間的軸間距，根據(jù)該軸間距計(jì)算出場(chǎng)景中合適的深度范圍[D “pD “2]，若[D’pD’J不處于深度范圍[D '，D “2]之內(nèi)，則重新調(diào)整兩個(gè)虛擬攝像機(jī)之間的軸間距直至[D’pD’J處于深度范圍[D '，D “2]內(nèi)為止；根據(jù)所需展現(xiàn)的場(chǎng)景中物體模型的立體感，調(diào)整物體模型的厚度。
[0020]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(2)的具體過程為:
[0021]首先，在深度范圍[DpD2]內(nèi)，確定所需展現(xiàn)的場(chǎng)景的深度范圍[D’i，D’2]，根據(jù)所述深度范圍[D’ pD’ 2]，利用公式(I)計(jì)算出理論上的兩個(gè)虛擬攝像機(jī)之間的軸間距B，
[0022]B = P/(FX (l/n-1/m)) (I)
[0023]P = 2X0.0174Xwidth
[0024]其中，F(xiàn)為虛擬攝像機(jī)的焦距，n = D’ pm = D’ 2，width為虛擬攝像機(jī)上所設(shè)定的虛擬膠片尺寸，單位是mm ；
[0025]然后，根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的匯聚面距離虛擬攝像機(jī)的距離L，根據(jù)公式(6)和(7)計(jì)算出深度范圍[D '，D “2]，若[D，工，D’ 2]不處于深度范圍[D '，D “2]之內(nèi)，則重新調(diào)整兩虛擬攝像機(jī)之間的軸間距B直至[D’ i，D’ 2]處于深度范圍[D '，D “2]內(nèi)為止；
[0026]D ^1= L/(l+(2.4WXC+E) XL/(2WXFXB)) (6)
[0027]D “2= L/(l-(2.4WXC+E) XL/(2WXFXB)) (7)
[0028]其中，C = 0.0174，W為投射屏幕寬度，E為人兩眼之間的距離；
[0029]最后，根據(jù)公式(8)，計(jì)算場(chǎng)景中位于深度值為f處、厚度為depth的物體模型的立體感D印th_angle，如果物體模型的立體感不夠，則將該物體模型移近虛擬攝像機(jī)或者增加軸間距B，反之亦然，其中增加或減少軸間距B時(shí)需要保證深度范圍[D’i，D’2]處于深度范圍[D “”D “2]內(nèi)；
[0030]Depth_angle = 1.67XFXBXdepth/((f+depth) Xf) (8)
[0031]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述第四步的具體過程為:
[0032]根據(jù)平面素材距離虛擬攝像機(jī)的距離d，設(shè)最終渲染圖像的寬度為Size個(gè)像素，則平面素材在兩虛擬攝像機(jī)中成像的位移sd為
[0033]sd = SizeXzX (d-L)/(2d)
[0034]z = FXB/L
[0035]其中，sd的單位為像素；
[0036]對(duì)平面素材在左側(cè)虛擬攝像機(jī)中的成像向左側(cè)平移sd個(gè)像素，如果sd小于0，則向右側(cè)平移Isdl個(gè)像素；對(duì)平面素材在右側(cè)虛擬攝像機(jī)中的成像向右側(cè)平移Sd個(gè)像素，如果Sd小于0，則向左側(cè)平移Isdl個(gè)像素。
[0037]有益效果:
[0038]第一，本發(fā)明能夠根據(jù)所需展現(xiàn)的場(chǎng)景深度范圍確定合適的虛擬攝像機(jī)之間的軸間距，在保證觀眾觀看舒適的同時(shí)展現(xiàn)出最大的立體效果。
[0039]第二，本發(fā)明通過對(duì)平面素材在兩虛擬攝像機(jī)上的成像進(jìn)行平移調(diào)整，立體電影制作過程中平面素材具有景深的效果。
【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明基于投射的動(dòng)態(tài)貼圖方法的流程圖。
[0041]圖2為本發(fā)明左右側(cè)虛擬攝像機(jī)視差類型和成像平移示意圖。
[0042]a)物體在零視差面后方時(shí)，形成正的視差，其中同一物體在左側(cè)攝像機(jī)中的成像向左側(cè)有平移，在右側(cè)攝像機(jī)中的成像向右側(cè)有平移；
[0043]b)物體在零視差面前方時(shí)，形成負(fù)的視差，其中同一物體在左側(cè)攝像機(jī)中的成像向右側(cè)有平移，在右側(cè)攝像機(jī)中的成像向左側(cè)有平移；
[0044]c)物體在零視差面上時(shí)，形成零視差，其中同一物體在左側(cè)和右側(cè)攝像機(jī)中的成像沒有平移。
【具體實(shí)施方式】
[0045]為使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本申請(qǐng)具體實(shí)施例及相應(yīng)的附圖對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
[0046]以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本申請(qǐng)各實(shí)施例提供的技術(shù)方案。
[0047]如圖1所示，一種基于投射的動(dòng)態(tài)貼圖方法，具體過程為:
[0048]第一步，將場(chǎng)景中物體模型上的各個(gè)頂點(diǎn)映射到動(dòng)態(tài)貼圖中的UV坐標(biāo)。
[0049]在本實(shí)施例中，因?yàn)樾枰谱鞒鰷婧ＩＬ锏男Ч胶驮频缺尘澳Ｐ痛嬖诒容^大的變形效果。為了保證動(dòng)態(tài)貼圖始終正確的投射到物體的模型上，針對(duì)物體模型上的每個(gè)頂點(diǎn)，獲得其在攝像機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，經(jīng)過透視變換(Perspective Project1n)轉(zhuǎn)化到攝像機(jī)規(guī)則觀察體(Canonical View Volume)空間中。在該空間中，對(duì)于位于[_1，1]3的立方體中的頂點(diǎn)，則認(rèn)為其在虛擬攝像機(jī)的視野范圍內(nèi)，因此利用透視除法獲得歸一化的設(shè)備坐標(biāo)(Normalized Device Coordinates)，以此坐標(biāo)作為該頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)貼圖中的uv坐標(biāo)；對(duì)于不在[-1，1]3的立方體中的頂點(diǎn)，則認(rèn)為其不在虛擬攝像機(jī)的視野范圍內(nèi)，因此不設(shè)置uv坐標(biāo)。該步驟能夠自動(dòng)進(jìn)行傳統(tǒng)制作流程中的手工uv映射。
[0050]第二步，繪制動(dòng)態(tài)貼圖，將所繪制的動(dòng)態(tài)貼圖投射至場(chǎng)景中物體模型上，從而使場(chǎng)景中物體模型上的顏色隨時(shí)間變化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫師設(shè)定的效果。
[0051]由于場(chǎng)景中物體模型隨時(shí)間變換是設(shè)定好的，根據(jù)步驟一確定的映射關(guān)系，即可為模型繪制出每幀的動(dòng)態(tài)貼圖，然后將每幀動(dòng)態(tài)貼圖投射至場(chǎng)景中的物體模型上，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景隨時(shí)間發(fā)生變化。
[0052]因?yàn)樯婕暗酵渡涞綀?chǎng)景中的模型上，所以在二維動(dòng)畫軟件，比如Flash制作軟件中繪制時(shí)，需要沿模型的輪廓向外適當(dāng)超出部分。
[0053]第三步，根據(jù)所需展現(xiàn)的場(chǎng)景深度范圍，設(shè)定兩個(gè)虛擬攝像機(jī)之間的軸間距，確保場(chǎng)景中所有物體在合適的深度范圍內(nèi)，并調(diào)整物體的立體感。
[0054](I)首先植染出場(chǎng)景的深度貼圖depth map，即獲取場(chǎng)景中各物體相對(duì)于虛擬攝像機(jī)的距離，獲得場(chǎng)景中所有物體模型的深度范圍[D1, D2]。
[0055](2)在深度范圍[D1, D2]內(nèi)，確定所需展現(xiàn)的場(chǎng)景中物體模型的深度范圍[D’ ^D’2];根據(jù)所述深度范圍[D’pD’J計(jì)算出理論上的兩個(gè)虛擬攝像機(jī)之間的軸間距；當(dāng)兩個(gè)虛擬攝像機(jī)上的軸間距確定，其所對(duì)應(yīng)的不會(huì)讓觀眾感覺到暈眩的深度范圍是確定的，為確保觀眾觀影時(shí)不會(huì)有不適感，根據(jù)理論上的軸間距計(jì)算出場(chǎng)景中合適的深度范圍[D '，D “2]，若[D'，D’2]不處于深度范圍[D “pD “2]之內(nèi)，則說明場(chǎng)景中物體模型所處的深度范圍超過了觀眾舒適觀感所對(duì)應(yīng)的深度范圍，此時(shí)需要重新調(diào)整兩個(gè)虛擬攝像機(jī)之間的軸間距B直至[D’ i，D’ 2]處于深度范圍[D '，D “2]內(nèi)為止，根據(jù)所需場(chǎng)景中物體模型的立體感，調(diào)整物體模型的厚度。
[0056]該步驟(2)的具體計(jì)算過程為:
[0057]首先，在深度范圍[DpD2]內(nèi)，確定所需展現(xiàn)的場(chǎng)景的深度范圍[D’i，D’2]，根據(jù)所述深度范圍[D’ pD’ 2]，利用公式⑴計(jì)算出理論上的兩個(gè)虛擬攝像機(jī)之間的軸間距B，然后根據(jù)場(chǎng)景要求進(jìn)行調(diào)整，如果增大B，則當(dāng)前場(chǎng)景的立體感更強(qiáng)，如果減小B，則當(dāng)前場(chǎng)景的立體感減弱。
[0058]B = P/(FX (l/n-1/m)) (I)
[0059]P = 2X0.0174Xwidth
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