基于三维视觉的微动漫创作设计与实现

刘晓东

关键词： 三维视觉; 微动漫; 角色模型; 行为控制; 数据帧; 创作设计

中图分类号： TN911.74?34; TP391.41            文献标识码： A                  文章编号： 1004?373X（2019）02?0129?04

Design and implementation of micro?animation creation based on 3D vision

LIU Xiaodong

（Nanning Normal University， Nanning 530000， China）

Abstract： The traditional micro?animation design method has low control accuracy of the role behavior， and can not form a complete data frame， which leads to the poor effect of micro?animation design. Therefore， a new micro?animation creation design method based on 3D vision is proposed. The C/S multilayer structure is adopted to construct the micro?animation role model， and analyze the micro?animation environment， so as to complete the 3D visual analysis of the micro?animation. Based on this， the motion behavior of the micro?animation role is controlled from the aspects of perception， planning and control of the behavior. The control results are transformed into the data form， and the design process of the micro?animation is analyzed， so as to complete and realize the design of micro?animation creation. The experimental results show that the proposed method in this paper has a role behavior control accuracy of as high as 85%， and a high data frame integrity， which is conducive to the improvement of the micro?animation design effect.

Keywords： 3D vision; micro?animation; role model; behavior control; data frame; creation design

0  引  言

微动漫与微电影相似，只有2～3 min的动画片被称为微动漫。随着互联网的迅猛发展，微动漫成为广受大众欢迎的重要的视觉传达方式，突破了传统动漫的种种局限，为动漫产业带来了新的发展方向[1?2]。近些年来，微动漫已经发展形成一定的规模，具有较大的市场需求，但在其创作设计中仍旧存在一些不足，需要进一步研究。

文献[3]在对三维立体动画设计过程中，首先对动画场景、动画立体效果等进行分析，从而计算得出最佳的视觉范围，绘制出立体参数与视觉差的相关关系曲线，通过不断调节立体参数值，实现了对动画立体效果的準确调整，但该方法设计效果不佳;文献[4]首先对三维动画设计系统的需求进行分析，将系统划分为众多功能模块，其次利用面向软件设计等方法对系统软件进行设计。最后对不同功能模块以及系统整体功能进行测试，验证了该系统的良好性能，但该方法忽略了对角色行为的控制，导致设计效果不够理想;文献[5]重点分析虚拟构造与交互设计两方面，以此完成对三维动画的设计，但在设计中，过于注重对软件操作系统的特征研究，导致无法准确控制角色行为。

为解决以上问题，提出一种基于三维视觉的微动漫创作设计与实现方法。该方法能有效提高微动漫角色行为控制的准确率，且具有较为完整的数据帧，设计效果较好。

1  微动漫三维设计框架

本文构建的微动漫三维设计框架主要包括微动漫三维视觉分析、微动漫角色运动行为控制以及微动漫设计流程三部分，具体的微动漫三维设计框架示意图如图1所示。

1.1  微动漫三维视觉分析

常规的微动漫设计是基于AutoCAD软件完成的，只需在软件中输入参数，微动漫则可自动生成[6]。本文基于三维视觉的微动漫创作设计中，需要将AutoCAD数据转化为三维视觉数据，转化中会涉及多数据交叉的问题，为保证数据的完整性，促进其良好运行，需从微动漫角色出发进行设计，微动漫角色模型构建过程如图2所示。

根据图2可知，微动漫角色模型使用的是C/S多层结构，这样方便数据的交叉连接转换，同时可以避免数据的重复运行。微动漫环境也是影响设计成效的重要因素，动漫环境模型主要由三部分组成：感知层，对微动漫数据信息进行采集;拓布层，用来表示三维虚拟环境中各角色位置间的关系;行为层，用来表示微动漫角色行为的相互关系。

1.2  微动漫角色运动行为控制

微动漫中不同角色的意识和本能各异，表现出的运动行为复杂，以上述微动漫三维视觉分析结果为基础，对微动漫角色的运动行为进行模拟，从而对其进行控制[7]。微动漫角色运动行为控制可划分为三个层次，分别是行为感知、行为规划和行为控制，示意图如图3所示。

微动漫角色对周边环境的感知是实现微动漫设计的基础。在计算机虚拟环境中，通过获取角色动作信息、位置信息等，将其存储在数据库中，再通过对数据库信息的查询可以完成对角色运动行为的感知。

行为规划方面，对感知得到的角色运动行为属性进行分类，依据分类结果对角色运动路径规划。路径规划是微动漫设计中非常关键的步骤[8]。本文采用的是一种两层路径规划方法，该方法在全局规划中根据虚拟环境的拓扑结构进行全局路径规划，即几何层路径规划;另一方面进行局部路径规划，即应用层的路径规划。该规划方法能够减少存储的信息量，提高路径规划的效率。

对微动漫角色的行为控制方法分为两种：一种是自下而上的控制方法，即通过对个体的运动行为来控制整体;另一种是自上而下的控制方法，即通过对整体的控制来实现对目标对象的控制。本文综合两种方法，在行为选取上采用自上而下的控制方法，对宏观层面引导微动漫角色的运动行为，在运动合成上采用自下而上的控制方法，对目标角色对象的运动行为进行独立控制。

1.3  微动漫设计流程

将微动漫角色行为控制结果转化为数据形式，对微动漫设计流程进行分析。微动漫是由若干图形物体经过规则或不规则的运动表现在屏幕上的过程，这些在动画中出现的图形物体被称为精灵，它们是构成动画的基本单元[9]。微动漫是由一系列有序的数据帧连续播放形成的，而每一帧都是由特定的精灵图形对象绘制在屏幕上形成的[10]。随着时间的推移，形成的一帧帧画面会连续显示即形成动画效果。微动漫设计中，以时间点的推移为依据对事件进行提取，如果出现窗口设置、屏幕特效等特殊事件，则对当前事件进行处理。然后以精灵图像对象的运动数据为依据，判断其是否能形成一系列的数据帧，以此判断结果為基础，完成微动漫的设计。流程图如图4所示。

2  实  验

为对本文基于三维视觉的微动漫设计方法的可行性进行验证，需要进行实验分析。实验以Motion Builder+VS2010作为开发平台，利用Motion Builder进行动漫角色数据的感知与处理，然后基于VS2010平台，使用C#语言程序设计角色运动行为数据分析，并将数据导入计算机虚拟环境中。

2.1  实验结果与分析

角色是构成微动漫的关键元素，对动漫角色的行为进行准确控制，可提升微动漫展示效果。选取角色运动行为控制准确率为指标，与文献[3]方法进行对比分析，结果如图5所示。

根据图5可知，在时间点为12 s时，两种方法的角色运动行为控制准确率均达到最高点，本文方法为85%，文献[3]方法为32%。在12 s之后，两种方法均呈现下降趋势，本文方法最低降至62%，文献[3]方法最低降至8%，差距较大。由此可见，本文方法的角色运动行为控制准确率远远优于文献[3]方法。其原因是本文方法采用自下而上与自上而下相结合的控制方法，综合宏观与微观两个方面实现了角色运动行为控制。

微动漫的本质是由一系列有序的数据帧连续播放形成的，因此数据帧的完整性是直接影响微动漫设计的成功与否。选取数据帧完整性为指标，与文献[3]方法进行对比分析，结果如图6所示。

根据图6可知，本文方法在微动漫设计中，数据帧连续且较为完整，而文献[3]方法的数据帧形成数量过少，无法形成连续且完整的画面。

2.2  实验结论

根据上述实验内容，可得出实验结论：

1） 本文方法可对微动漫角色运动行为进行准确的控制，最高控制准确率可达85%，优于文献[3]方法，表明本文方法可较好地控制微动漫角色，有助于提升整个微动漫展示效果;

2） 本文微动漫设计中，数据帧完整性较高，明显优于文献[3]方法，表明本文设计方法具有良好的性能。

3  结  论

为提高微动漫设计效果，提出一种新的基于三维视觉的微动漫创作设计方法，从微动漫三维视觉分析、微动漫角色运动行为控制以及微动漫设计流程三部分入手，完成对微动漫的设计。实验结果表明，本文方法在角色运动行为控制和数据帧完整性方面均优于传统方法，表明本文方法可行性较高，为微动漫创作设计研究提供了参考依据。

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