蒙皮約束下的動畫角色模型分割方法

吳昊霖+艾香君

摘 要：動畫角色內數據在反復應用之后，動畫制作質量及效率可以顯著提升，為人們提供多樣化角色類型。按照模型數據應用流程，動畫角色存在網格分割問題，筆者提出了蒙皮約束下分割方式，通過蒙皮信息運動有關性，按照動畫角色數據進行分割，預分割之后對分割進行調整，從而對切口完善，構建與動畫角色相適應的網格部件。

關鍵詞：動畫角色；網格分割；蒙皮約束

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2017）20-0119-01

計算機圖形學在進行幾何處理內，最為重要內容為模型分割技術。模型分割技術是大部分研究工作開展基礎條件，例如網格變形、網格壓縮、紋理映射。模型分割技術屬于共性問題，研究人員在上世紀90年代之后進行了大量分析研究。部件分割應用主要作用構建實體模型，借助現有三維模型，將所需要的部件進行分割，替代正在制作所應用到的模型。三維角色模型在動畫角色內應用，可以對角色模型進行分割，建模效率顯著提升，可以有效解決角色多元化問題。

一、骨骼與蒙皮預分割策略

（一）子樹選擇法

動畫角色內重要組成部分為骨骼，和三維網格模型相比較，具有十分顯著語義特點，在骨骼內屬于從屬關聯，一般應用樹木方式表現出來，如圖1所示。犀牛骨骼借助立方體線框表現，圖一左側為犀牛骨骼子樹，樹節點通過bone表示①。

（二）蒙皮權重對選擇頂點的影響

蒙皮作為動畫技術，是以模型定點骨骼變化之后所受到的影響，模型定點受到骨骼變化約為顯著，骨骼蒙皮所受到的約束信息也就越多，關節運動會受到骨骼之間所造成的影響。上腿骨影響內，頂點顏色要是越淺，所受到的蒙皮約束信息越少。

根據骨骼選擇頂點結果可以發現，頂點在選擇完畢之后，正常情況下，頂點集合內并不包含角色部件，所受到的拓撲條件十分有限，大部分情況下存在孤立線、孤立點及孤立面。不同定點之間或者采取低連通方式，或者是采取橋梁連接。模型網格切割要是具有較多缺口，為后期部件重新在角色內應用就造成嚴重影響。在這種情況下，就需要對模型網格預分割之后，對不同頂點優化求解，保證骨骼頂點具有充足拓撲約束，同時降低缺口環數量，保證網格劃分規則更加圓滑②。

二、拓撲規則及優化目標

（一）拓撲約束

模型網格預分割處理之后，頂點可以有效集合，按照頂點三維網格集合可知，網格必須具有角色部件所應該遵守的拓撲規則。模型網格全部頂點在連接之后，任何一個頂點都屬于三面頂點，模型雖然不是完全封閉，但是只有一個缺口環。

三維網格要是為全封閉，任何頂點都應該具有兩個平面，進而在預分割處理之后，三維網格內會出現只具有一個平面或者是沒有平面頂點，造成網格分離。所以，這就需要對模型網格內所存在的缺口進行了解，要是缺口屬于連接幻環狀，切口就與拓撲要求相吻合。

蒙皮信息具有連續性特征，正常情況下，環狀切口在向外延伸之后，會出現少量點集，或者是產生多余缺口換。在這種情況下，缺口頂點及邊在轉變之后，可以通過計算方式對該問題解決，主要作用是減少多余點集數目，同時對缺口環進行修補。在進行計算內，主要采取連通集算法及檢測橋算法。在進行切割內，所產生的缺口相對較小，進而不會出現孤島情況，計算也十分簡單③。

（二）優化目標

犀牛節點在經過規則處理之后，犀牛右后腿網格結構有效完善。在犀牛關聯網格內，可以發現犀牛平面內存在十分顯著凸起或者是凹陷問題，對犀牛平面邊緣平滑造成嚴重影響。隨機選擇三個頂點對平面凹度分析，主要具有三種情況進行調整：

首先，凹度要是小于180度，頂點構建三角形，平面凸起，通過去除其中一個頂點，就可以有效對該問題解決；其次，凹度要是小于180度，頂點并未構成三角形，屬于平面凹陷，通過連接兩個頂點，就可以有效對該問題解決；最后，凹度要是大于180度，頂點并未構成三角形，可以通過對頂點分析之后連接全新三角形，判斷平面是否為凸起④。

三、結論

按照蒙皮信息預分割處理之后，然后在借助拓撲進行判斷，對切口進行優化，保證三維網格模型與角色部件相吻合。該種方法現階段在游戲公司動畫角色部件內廣泛應用，但是由于蒙皮制作還存在一定問題，需要進一步完善。

注釋：

①儲曉麗，李琳，譚劍波.面向3D打印機的活動關節快速生成方法[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2014，06：679-682+768.

②李琳，陶濤，劉曉平.層次結構導向下的動畫角色模型分割與標記[J].中國圖象圖形學報，2014，06：955-963.

③趙智，戴禎杰.基于虛擬現實技術VT的角色模型與動畫的導出和導入方法[J].大學教育，2014，18：108-109.

④潘翔，童偉淮，張三元，鄭河榮.結合語義本體與泊松方程的動畫角色模型分割[J].浙江大學學報（工學版），2015，09：1634-1641.endprint