動(dòng)漫制作中的引擎設(shè)計(jì)及應(yīng)用

阿榮

（內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特，010010）

0 引言

動(dòng)漫能夠充分展現(xiàn)自己的創(chuàng)意，但是動(dòng)漫制作的軟件的操作性都較強(qiáng)，并且比較復(fù)雜，一般人無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)將自己的創(chuàng)意轉(zhuǎn)換成為動(dòng)漫作品。研究簡(jiǎn)單的動(dòng)漫制作引擎具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文就研究了以O(shè)GRE為基礎(chǔ)的動(dòng)漫制作引擎，開(kāi)發(fā)了三維動(dòng)漫虛擬制作軟件。

1 動(dòng)漫制作引擎設(shè)計(jì)架構(gòu)

1.1 動(dòng)漫引擎架構(gòu)

本文研究的動(dòng)漫制作引擎使用OGRE（面向?qū)ο蟮膱D形渲染引擎）制作動(dòng)畫(huà)制作軟件，其能夠利用自帶素材及模板就能夠?qū)崿F(xiàn)三維動(dòng)漫的制作。用戶(hù)能夠在場(chǎng)景管理模塊器中選擇自己需要的角色，之后對(duì)其進(jìn)行修改，利用不同劇情及動(dòng)作對(duì)故事情節(jié)進(jìn)行安排，之后通過(guò)虛擬攝像模塊對(duì)拍攝方式進(jìn)行調(diào)整，然后就能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬場(chǎng)景的拍攝，從而在短時(shí)間內(nèi)生成動(dòng)漫短片。本文系統(tǒng)使用模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)，以下對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行介紹，圖1為動(dòng)漫制作引擎的設(shè)計(jì)框架。

圖1 動(dòng)漫制作引擎的設(shè)計(jì)框架

1.2 動(dòng)漫引擎的核心

本文設(shè)計(jì)的動(dòng)漫引擎主要包括三層，第一層主要包括場(chǎng)景管理器、角色管理器、動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)和GUI，第二層主要包括文件系統(tǒng)、聲音系統(tǒng)、腳本系統(tǒng)及物理系統(tǒng)，第三層主要包括資源管理器、輸入輸出、渲染系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。第一層屬于動(dòng)漫制作引擎中的最高層，其中的場(chǎng)景管理器能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)漫場(chǎng)景的模擬，從而實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的更新及處理；角色管理器能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)漫角色的模擬和創(chuàng)建，使創(chuàng)建的角色能夠更加的形象化和個(gè)性化；動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵幀及骨骼動(dòng)畫(huà)的管理，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)角色表現(xiàn)力的豐富，使設(shè)計(jì)的角色動(dòng)作更加的逼真；GUI能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)和用戶(hù)兩者的交互。第二層中的物理系統(tǒng)使用開(kāi)源物理引擎，其能夠?qū)崿F(xiàn)不同圖形庫(kù)的支持，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)對(duì)象物理特性的仿真，從而對(duì)其進(jìn)行實(shí)施檢測(cè)，開(kāi)源物理引擎能夠利用C++對(duì)程序進(jìn)行編寫(xiě)，還能夠提供更加清晰的接口，所以便于和OGRE兩者的相互集成。第三層為系統(tǒng)的最底層，其中的渲染系統(tǒng)屬于動(dòng)漫引擎過(guò)程中的主要模塊，其主要目的就是實(shí)現(xiàn)動(dòng)漫畫(huà)面的實(shí)時(shí)渲染。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)屬于以UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議為基礎(chǔ)的C++網(wǎng)絡(luò)庫(kù)，其能夠?yàn)橛脩?hù)提供相應(yīng)的編程接口，通過(guò)其能夠創(chuàng)建套接字連接和傳送動(dòng)漫制作過(guò)程中相互交互的素材數(shù)據(jù)包。

1.3 渲染系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程

渲染系統(tǒng)的主要功能就是為用戶(hù)提供三維場(chǎng)景、照明模型、光源、虛擬攝像機(jī)及紋理，在屏幕中制作二維圖像，其中的場(chǎng)景在屏幕中的位置和形狀主要是根據(jù)物體自身、相機(jī)位置及參數(shù)構(gòu)成的，物體在屏幕中的外觀主要是通過(guò)物體的材質(zhì)、紋理、光源和光照模型設(shè)置的。如果底層圖形繪制API不一樣，但是渲染流程及實(shí)現(xiàn)功能也是大致相同的，其主要差別就是不同階段實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)不一樣。

渲染主要包括三部分，分別為物體層、像素層及頂點(diǎn)層，圖形在實(shí)際繪制過(guò)程中還包括多個(gè)子階段，物體層通過(guò)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)是通過(guò)軟件進(jìn)行，比如可見(jiàn)性的判斷、碰撞檢測(cè)、變形動(dòng)畫(huà)等。頂點(diǎn)層的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)硬件進(jìn)行，最后階段為在圖形硬件實(shí)現(xiàn)頂點(diǎn)層的數(shù)據(jù)著色，從而成為最后自己設(shè)計(jì)的圖像。

1.4 動(dòng)漫素材

動(dòng)漫素材中主要包括角色模型及動(dòng)畫(huà)，用戶(hù)能夠在客戶(hù)端中選擇自己需要的動(dòng)畫(huà)及模型，并且還能夠通過(guò)三維軟件實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)及模型的制作。但是因?yàn)镺GRE中的骨骼數(shù)據(jù)格式及模型較為特點(diǎn)，不能夠?qū)Φ谌侥Ｐ瓦M(jìn)行直接使用，所以就要利用導(dǎo)出工具將第三方的模型轉(zhuǎn)換成為能夠支持的格式，比如變形動(dòng)畫(huà)、骨骼動(dòng)畫(huà)和姿態(tài)動(dòng)畫(huà)。

1.5 場(chǎng)景管理

場(chǎng)景管理屬于動(dòng)漫制作引擎的核心部分，其能夠?qū)?chǎng)景中的虛擬物品進(jìn)行管理，使用高層或者底層服務(wù)對(duì)對(duì)象進(jìn)行操控。場(chǎng)景組織就像是導(dǎo)演，對(duì)燈光、場(chǎng)景及服飾進(jìn)行布置，并且還能夠?qū)ρ輪T表演進(jìn)行指揮。場(chǎng)景組織就如同舞臺(tái)一樣，要求配備燈光、服飾、道具、攝像機(jī)及演員。本文中引擎的場(chǎng)景組織原理就是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的劃分，使其成為多個(gè)抽象區(qū)域，這些區(qū)域還能夠劃分成為多個(gè)小空間，不同空間通過(guò)場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，每個(gè)場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)中就能夠和場(chǎng)景元素相互連接。

2 動(dòng)漫制作引擎的實(shí)現(xiàn)

本文所制作的動(dòng)漫引擎通過(guò)C/S模式結(jié)構(gòu)，三維引擎設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，一般都需要多次的修改和完善，并且還會(huì)因?yàn)椴邉澆粩嗟淖儎?dòng)，導(dǎo)致引擎出現(xiàn)一定的變化。所以，就要設(shè)計(jì)完善并且規(guī)范的開(kāi)發(fā)模式。其中MVC設(shè)計(jì)模式能夠?qū)崿F(xiàn)顯示和模式的分離，通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)流程的控制，滿足現(xiàn)代應(yīng)用系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中的需求。MVC設(shè)計(jì)模式較為完善，并且其屬于面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)。

動(dòng)漫引擎中的實(shí)體并不是屏幕中的模型，其主要指的是任何事務(wù)，比如虛擬攝像機(jī)。虛擬攝像機(jī)在我們所在的世界中的主要目的就是尋找角度點(diǎn)，其中的幀能夠重復(fù)刷新，直到渲染器找到滿足視野需求的數(shù)據(jù)。一般在進(jìn)行轉(zhuǎn)載時(shí)候使用的方法就是將地圖場(chǎng)景進(jìn)行裝載，然后實(shí)現(xiàn)其他實(shí)體的裝載。并且為了便于渲染系統(tǒng)及物理系統(tǒng)的相互集成，引擎中大部分的系統(tǒng)都是通過(guò)面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，腳本系統(tǒng)通過(guò)Python語(yǔ)言進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，之后通過(guò)插件方式實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，從而不僅方便了后期調(diào)整，還能夠有效實(shí)現(xiàn)功能的升級(jí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了動(dòng)漫制作引擎的設(shè)計(jì)，其能夠?qū)?dòng)漫制作和虛擬現(xiàn)實(shí)兩種技術(shù)相互結(jié)合，引擎能夠利用網(wǎng)絡(luò)得到服務(wù)其中的角色和素材，便于用戶(hù)根據(jù)自己的想法直接使用素材，從而快速的制作動(dòng)漫。

[1]王鑫.增加網(wǎng)絡(luò)游戲的吸引力——讓MMO游戲成為動(dòng)畫(huà)的制作平臺(tái)[J].程序員:游戲創(chuàng)造, 2007(7):24-27.

[2]黃曦臻,許懋琦.基于引擎電影平臺(tái)的三維動(dòng)畫(huà)制作新研究[C]全國(guó)數(shù)字娛樂(lè)與藝術(shù)大會(huì).2011.