淺談融合手繪風格的卡通角色動畫生成方法

（長江大學藝術學院 434000）

本文所研究的基于多視點手繪圖的動畫生成方法，主要是通過構建手繪圖像的三維網格以及骨架子空間模型，然后根據圖像中人物姿態進行算法步驟，進行重建以及微分域網格變形，建立一組視點模型，這個模型要與原手繪圖像相對應。用這種方式，將手繪圖像用模型的方式模擬出來。然后進行創建運動序列，將手繪圖像的信息輸入到該運動序列中，這個過程應用到運動標注以及啟發式泛化算法。通過以上過程所制作出的卡通動畫，能夠完好的保留手繪原稿的繪畫風格，同時也融入了運動序列的原始特征。通過實踐可以得出結論，這種動畫制作的方法有助于高效的制作手繪風格卡通角色動畫。

一、手繪風格卡通角色動畫綜述

手繪卡通動畫的風格因其直觀自然而深受觀眾的喜愛。在進行動畫制作時，通常利用手繪進行角色細節設計，使得動畫更具張力和表現力。但是制作手繪動畫，畫師的工作量極大，需要繪制的動畫幀數十分龐大，因此，制作一部手繪動畫，需要消耗大量的人力物力以及時間。于是，如何能夠高效制作手繪風格卡通動畫成為動畫制作中所關注的重點。

現在廣泛應用的動畫制作技術，是由計算機制作幾何模型，基于WIMP交互界面，進行參數的修改以及控制點的操作，以此操作幾何模型。然后進行網格的變形，利用形狀插值，最后生成完整的動畫。這種動畫制作方式，不如手繪動畫畫面更加直觀，而且相對來說，建模的步驟較為復雜。

要在動畫制作過程中，兼有手繪風格的自然表現力，又有建模動畫的制作效率，就需要開辟新的制作方法，通過手繪圖像；來輔助角色動畫的生成。下面對于手繪圖像生成動畫的方式進行探討。

二、基于手繪圖的角色動畫生成方法

1.骨架驅動法

首先進行手繪圖的繪制，然后利用手繪圖像，從中提取骨架姿態，利用骨架來進行動畫的生成。如Davis，就是利用手繪圖生成關鍵幀，通過插值進行的動畫制作。如Thorne，是利用手繪圖像創建二維骨架，然后通過采集手繪圖的手勢，制作出動畫中角色的運動。這兩種方式，可以快速制作出還原手繪草圖的運動姿態的動畫，但是，會丟失很多手繪圖的細節。其細節表現力較差，而手繪動畫細節非常重要。

2.幾何建模法

建模的方法也可以用于手繪動畫的制作，其方法是基于草圖進行幾何建模。如Di Fiore、Rivers，就是利用的多視點手繪圖像進行二維模型創建，插入中間幀數，對于手繪的筆畫細節有很好的完善。Chen是根據手繪圖像，進行三維模型的搭建，兩者相對應，重現原圖的畫面細節，并且加上陰影以及紋理。這種動畫制作的方法，利用的插值法，利用插入關鍵幀來還原手繪原圖細節，需要繪制的幀數較多。

3.視點相關幾何法

視點相關幾何法的原理是依照視點，進行三維模型的形狀變化，可以保證模型的特定視點處保持手繪原圖的風格和細節。Li和Chaudhuri就是用骨架姿態來還原手繪圖像，然后進行幾何的細節變形，最后制作出手繪風格的動畫。這種手繪動畫制作方法對手繪圖進行手動標記，標記處模型與原圖的對應點，對于不同運動特征的動畫，無法使用同一風格的建模。

三、融合手繪風格卡通角色動畫快速生成法

1.綜合描述與總體方案

本文探討了一種新型的融合手繪風格卡通角色動畫快速生成法，該方法對VDG方法進行了改進，并融合了運動數據驅動的角色動畫技術。這種動畫制作方法的原理是利用多視點手繪原圖，進行視點模型的建立。需要建立一組與不同的運動狀態相對應的視點模型，利用模型對手繪圖的細節進行還原和表達。

2.模型創建與變形

首先需要對手繪原圖進行筆畫的標注，然后將手繪圖輸入進計算機，然后進行骨架模板的編輯，選擇關鍵視點。

骨架的提取過程，需要參照多視點手繪圖，首先需要對原圖中的筆畫點進行高斯分布的匹配，對有向包圍盒進行計算，然后對標準姿態包圍盒與骨架模板進行匹配，從而生成二維骨架。從所生成的骨架中進行二維坐標的提取，根據骨架深度創建三維骨架。

三維網格的建立，需要給予多視點手繪圖進行建模。首先要對于手繪圖的每個重點部位創建網格，用網格體現原圖中的筆畫細節，然后進行縫合算法的運算，將相鄰網格聯系起來，形成一個整體網格。

視點模型的創建，首先要考慮到怎樣進行基本模型對應手繪圖的變形。首先，要對骨架姿態進行重建，依照手繪原圖，構建新的骨架姿態。然后再對照手繪圖，進行網格與手繪圖之間的對應。

3.提取關鍵幀與動畫生成

在生成動畫的過程中，本文通過實踐總結了一種可以盡量避免誤差的方法。首先提取關鍵幀，在提取關鍵幀時，要充分考慮到關節運動軌跡，選擇具有局部極值的邊界姿勢，選取幀數多余最終選定幀數。然后對所選取的幀數進行標注，再次篩選關鍵幀。其選擇標注是，選取每個標注段中最接近中心的幀數。然后確定出最終載入動畫的關鍵幀，與其對應的標注段相結合，進行標注。

選出關鍵幀后，將關鍵幀進行組合。首先要對當前幀的運動狀態進行計算，然后確定當前幀的權重。選用固定的權重是最完美的還原手繪筆畫細節的方式。

四、結語

本文所討論的融入手繪風格的卡通角色動畫的快速生成方法，是以建模為基礎的。首先依照手繪原圖，進行了三維網格以及骨架子空間模型的搭建，然后重建視點模型。然后進行運動序列的搭建，最終制作出手繪風格卡通動畫。本文所闡述的制作方法，進行模型的變形環節時，利用了SSD以及微分域變形的方法，這個過程沒有較強的體約束力，遇到一些大尺度變形時，會造成局部塌陷或者自交的不良狀況。實際操作時，需要在微分域變形中加入體圖約束來對這種不良情況加以避免。還可以在這種制作法的基礎上，結合二維半建模技術，來處理一些圖書的形狀，可以是手繪動畫的表現力進一步加強。

參考文獻：

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[2]李響，徐筠，耿衛東.融合入手繪風格卡通角色動畫生成方法[J].計算機輔助設計與圖形學報，2011（10）.