专利名称：基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法
技术领域：
本发明涉及计算机辅助二维手绘动画方法，尤其是一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法。
背景技术：
美术动画是传统的二维动画中最富有感染力的一种艺术表现形式，高质量的美术动画依然魅力四射地受到广泛欢迎。但传统的美术动画制作主要基于关键帧方法，其过程相当的繁琐和费时，而且要求动画师具有丰富的实际生活体验和高超的绘画技巧。
近些年来，计算机在二维美术动画的设计和制作过程中起到了越来越重要的作用，使得美术动画的制作效率有了一定的提高[1]。然而现有的计算机辅助二维动画制作流程和软件系统[2，3]在实际应用中依然存在着一些局限性。与目前计算机在辅助三维动画设计和制作中的核心作用相比，计算机在二维美术动画方面大多数时候只是扮演“辅助支持”的配角[4，5]。
现有的一些方法着眼于利用所输入的完整三维模型[6，7]。这些方法的好处是，可以很好地保证绘画对象的透视关系和体积不变性，也可以绘出很多非真实感的风格。但是其缺陷在于，它们需要动画师建立复杂的三维模型，这给他们带来了额外的负担。而且这些方法很难实现出美术动画中所特有的栩栩如生的风格[8]。
另一方面，纯粹的二维方法虽然能实现动画师的绘画风格，但是却需要很多专门精心制作的手绘图画。而且这些方法由于完全没有三维信息，要想获得正确的透视关系以及体积不变性也存在着很大的问题[8]。例如RETAS PRO、ANIMO等软件虽然在二维动画制作中应用很广泛，但它们依然遵循了传统的动画制作过程，并没有解决需要手工绘制大量中间帧的问题，提高的效率有限。而Macromedia Flash MX、MoHo WinAll等近年来流行的网络动画软件虽然使用矢量图形的物体变形技术使创建动画更加容易，但是由于缺乏三维信息，它们在摄像机路径比较复杂的美术动画中就显得无能为力了[9，10]。
在动画绘制中，动画师能把手工绘制的人物变成栩栩如生的动画的一个很重要的因素是动画师心中的三维描述，动画师已经是“胸有成竹”。动画师在绘画过程中必须要注意到形状的立体感，要根据头脑中近似的三维模型来正确地表现透视关系[11]。因此，表达和利用动画师心中的三维信息是计算机辅助美术动画的有效途径之一[8]。
可以利用一个多层的结构模型来表达和处理这些超出两维平面的信息。例如De Force等提出了一个使用二维半建模的方法来自动生成中间帧的方法[12]，其核心思想是利用一个4层的结构模型表达和处理超出两维平面的变换等信息，来辅助中间帧的生成。De Force等后来又提出了一个基于三维近似模型的新方法来指导三维动画的制作[8]，其输入仍然是二维的绘画信息，系统通过隐式地提取三维信息来指导中间帧的生成。但是他们的方法所绘制的对象比较简单，而且针对性不强，难以实现复杂的美术动画制作。
美术动画的真正魅力，来自于动画师千变万化的风格。虽然在现阶段，计算机不可能替代艺术家创作出自己的风格，但是我们希望可以使用一定的方法提取出用户的风格，并将其重现，从而提高制作效率。视点相关几何学(View-Dependent Geometry，VDG)则是解决这一问题的有效方法。
视点相关几何学是被Paul RadeMacher提出的[6]。在一个典型的VDG系统中，三维模型根据视点的方向而改变形状。一个视点相关模型包含一个基本模型，一组关键的变形信息(基本模型的变形版本)，以及与之对应的一组关键视点(用于关联每个二维参考视图与三维基本模型)。对于用户给定的任意视点，VDG方法可以通过插值将关键的变形作用到基本模型上，并产生一个对应于新视点的特殊的三维模型，从而捕捉了参考视图的视点相关变形。
Parag Chaudhuri等设计了一个新的系统[7]，它依赖于视觉动画，使得风格化的三维视点相关模型的建立更加容易，从而使得动画帧的绘制更加准确和轻松。Yin Li等也提出了一个同VDG相关的新方法[13]，可以将二维动画中富有表现力的形状变形融入到三维动作驱动动画中，从而将动画风格化。
面部动画的主要研究工作大多数集中在了真实感绘制上。而与美术动画相关的研究工作，则应该着重在非真实感绘制方面。Kristinn R.Thorisson曾介绍过一个系统[15]，可以支持更加简单的面部动画。这个系统中使用了简单的的曲线、多边形，以及不多的控制点来表达整个面部。但是结果却可以很灵活的产生很多的表部表情。Hong Chen等也介绍了一个系统[14]，可以利用系统内置的一些样例，自动完成人物肖像画的勾勒。这个系统的最大优点是很好的利用了分置法，将所有复杂的问题都拆开来解决。
参考文献[1]耿卫东，潘云鹤，“计算机辅助美术动画的新方法综述”，计算机辅助设计与图形学学报，2005，Vol.17，No.1，P.1-8[2]Fekete，J.-D.，Bizouarn，E.and Cournarie，E.et al“TicTacToona paperlesssystem for professional 2D animation”，ACM SIGGRAPH Computer Graphics，29(4)79-90[3]Griffin，H.The Animator’s Guide to 2D Computer Animation.Focal Press，UK，2001. Madeira，J.S.，Stork，A.and Grob M.H.(1996)“An approach tocomputer-supported cartooning”，The Visual Computer 12(1)1-17[5]Durand，C.X.“The“TOON”Projectrequirement for a computerized 2Danimation system”.Computers & Graphics，1991，15(2)285-293[6]Paul Pademacher，“View-Dependent Geometry”，Proceedings of InternationalConference on Computer Graphics and InteractiVe Techniques，1999，439-446[7]Parag Chaudhuri.，Prem Kalra.and Subhashis Banerjee，“A System forView-Dependent Animation”，InComputer Graphics Forum，June 2005，411[8]Di-Foice，F.and Van-Reeth，F.“Employing approximate 3D models to enrichtraditional computer assisted animation”，InProceedings of Computer Animation，Geneva，Switzerland，2002，183-192[9]孙立军，“动画艺术辞典”，中国国际广播出版社，ISBN7-5078-2301-6[10]铃木伸一，“动画实例教程”，中国青年出版社，ISBN7-5006-6577-6[11]尾泽直志，“卡通漫画技法——造型篇”，中国青年出版社，ISBN7-5006-4516-3，2001[12]Di-Fioce，F.，Schaeken，P.，and Elens，K.et al“Automatic in-betweening incomputer assisted animation by exploiting 2.5D modeling techniques”InProceeding of Computer Animation，Seoul，South-Korea，2001，192-200[13]Yin Li，Michael Gleicher，Ying-Qing Xu，Heung-Yeung Shum，“StylizingMotion with Drawings”，InProceedings of SIGGRAPH 2003，2003，209-319[14]Hong Chen，Ziqiang Liu，Chuck Rose，Yingqing Xu，Heung-Yeung Shum，DavidSalesin，“Example-Based Composite Sketching of Human Portraits”，InNon-Photorealistic Animation and Rendering，2004，95-153[15]Kristinn R.Thrisson，“ToonFaceA System for Creating and AnimatingInteractive Cartoon Faces”发明内容本发明的目的是提供一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法。
本发明的方法步骤如下1)读入用于描述对象角色的参数模板，该模板为系统内置的各种参数的建议值，包括头部形状特征参数、辅助线特征参数、轮廓及五官特征参数；2)利用上述参数模板设定头部形状特征参数；3)利用上述头部形状特征参数建立头部三维包围盒模型；4)利用上述三维包围盒模型在正面视图上的投影，设定头部辅助线特征参数；5)利用步骤3)建立的三维包围盒模型和步骤4)设定的辅助线特征参数建立头部三维辅助线模型；6)利用上述三维辅助线模型在正面视图和侧面视图上的投影设定轮廓及五官特征参数；7)利用步骤5)建立的三维辅助线模型和步骤6)输入的轮廓及五官特征参数，建立起基于空间曲线的头部三维参考模型；8)利用上述头部三维参考模型在指定的关键视点上的投影，用户按照自己的需求输入风格化的笔划；9)利用步骤7)建立的头部三维参考模型和步骤8)输入的风格化笔划信息，建立头部视点相关模型；10)利用上述头部视点相关模型，通过插值方法在用户指定的任意视点上输出具有手绘风格的视图；11)设定摄像机路径，获取摄像机路径上的各个视点，利用对应于这些视点的上述具有手绘风格的视图，生成帧序列并输出一段面部动画。
以上所述的利用上述参数模板设定头部形状特征参数头部形状特征参数包括头顶的坐标位置、头部的高度、头部的前、后、左、右端点的位置；设定的方法为手工指定参数对应特征点的位置，或利用步骤1)读入的参数模板中提供的建议值。
利用上述头部形状特征参数建立头部三维包围盒模型该头部三维包围盒模型，即在空间直角坐标系中，利用头部的高度和前、后、左、右端点位置建立的立方体模型。
利用上述三维包围盒模型在正面视图上的投影，设定头部辅助线特征参数头部辅助线特征参数包括头部中心辅助线的位置、眼睛水平辅助线的高度、眉毛水平辅助线的高度、鼻子水平辅助线的高度、嘴巴水平辅助线的高度；设定的方法为手工指定参数对应特征点的位置，或利用步骤1)读入的参数模板中提供的建议值。
利用三维包围盒模型和辅助线特征参数建立头部三维辅助线模型该头部三维辅助线模型，由表示头部中心辅助线、眼睛水平辅助线、眉毛水平辅助线、鼻子水平辅助线、嘴巴水平辅助线的空间曲线构成，曲线的参数取自步骤3)建立的三维包围盒模型及步骤4)设定的辅助线特征参数。
利用上述三维辅助线模型在正面视图和侧面视图上的投影设定轮廓及五官特征参数轮廓及五官特征参数包括左、右眼睛的内侧、外侧、上端、下端共8个点，左、右眼球的内侧、外侧、上端、下端共8个点，左、右眉毛的内侧、外侧、上端共6个点，左、右耳朵的上内侧、上端、外侧、下端、下内侧共10个点，鼻子上端、内侧、尖端、下端共4个点，上、下嘴唇左侧、中间、右侧共6个点，左、右下巴线上端、下端共4个点，脸型控制共8个点，总计54个特征点参数；设定的方法为手工指定参数对应特征点的位置，或利用步骤1)读入的参数模板中提供的建议值。
利用三维辅助线模型和轮廓及五官特征参数，建立起基于空间曲线的头部三维参考模型该头部三维参考模型，由表示左侧脸部轮廓、右侧脸部轮廓、左眼、右眼、左眼球、右眼球、左眉、右眉、左耳、右耳、鼻子、上嘴唇、下嘴唇、左侧下巴线、右侧下巴线的空间曲线构成，曲线的参数取自步骤5)建立的三维辅助线模型及步骤6)设定的轮廓及五官特征参数。
利用上述头部三维参考模型在指定的关键视点的投影，用户按照自己的需求输入风格化的笔划指定的关键视点为，分别在平视、俯视、仰视三种情况下，正面、右前侧面、右侧面、右后侧面、左后侧面、左侧面、左前侧面共7个视点，总计21个视点；输入风格化笔划的过程为利用交互界面分别绘制左侧脸部轮廓、右侧脸部轮廓、左眼、右眼、左眼球、右眼球、左眉、右眉、左耳、右耳、鼻子、上嘴唇、下嘴唇、左侧下巴线、右侧下巴线的笔划。
利用步骤头部三维参考模型和风格化笔划信息，建立头部视点相关模型在该视点相关模型中，步骤7)建立的参考三维模型作为基本模型，步骤8)输入的风格化笔划作为关键的变形信息，步骤8)中指定的关键视点用于关联每个变形信息与基本模型。
利用上述头部视点相关模型，通过插值方法在用户指定的任意视点上输出具有手绘风格的视图首先找到用户指定视点周围的4个关键视点；然后获取步骤9)建立的视点相关模型中对应这些关键视点的变形信息；最后通过插值方法将这些变形信息作用到视点相关模型中的基本模型在该视点的投影上，得到该视点上具有手绘风格的视图；表达该变形信息的方法为，对于轮廓和五官的每个部位，将该视点对应的风格化笔划同基本模型的投影建立相关性，即采取建立归一化参数方程的方法，为风格化笔划和基本模型投影上的每一点建立一一对应的关系，并依据这一对应关系建立差值向量，作为变形信息。
本发明是提取用户的手绘信息，建立层次化的视点相关模型(View-Dependent Model)，并实现在任意视点上自动绘制具有用户风格的视图。针对传统基于关键帧的美术动画制作方法相当繁琐和费时，而现有的计算机辅助手绘动画技术存在着很多的局限性，完全的三维方法和纯粹的二维方法都存在各自的问题。本发明所采取的方法综合了这两种思路的优势，并对动画师在传统流程中的习惯给予了充分关注。用户只需绘制不多的基本视图，就可以建立起具有透视和风格化信息的视点相关模型，并自动绘制出任意视点上和用户手绘风格类似的视图，使制作效率有很大提高，得到的结果很好的保持了透视关系以及用户的手绘风格。本发明解决了传统美术动画制作方法效率不高，以及现有计算机辅助手绘动画技术中存在的透视关系或风格化信息缺失的问题。
图1(a)是第零层模型，即头部三维包围盒模型示意图；图1(b)是第一层模型，即头部三维辅助线模型示意图；图1(c)是第二层模型，即头部三维参考模型示意图；图1(d)是第三层模型，即头部视点相关模型示意图；图2(a)是步骤2)设定的头部形状特征参数示意图；图2(b)是步骤3)建立的三维包围盒示意图；图2(c)是三维包围盒在正面平视视图的投影示意图；图3(a)是步骤4)设定的辅助线特征参数示意图；
图3(b)是步骤5)建立头部三维辅助线模型示意图；图4(a)是正面视图中的轮廓及五官特征参数示意图；图4(b)是侧面视图中的轮廓及五官特征参数示意图；图5(a)是步骤6)设定的轮廓及五官特征参数示意图；图5(b)是步骤7)建立基于空间曲线的头部三维参考模型示意图；图5(c)是三维参考模型在正面平视视图的投影示意图；图6(a)是步骤8)在正面平视视图中按照用户的需求进行的风格化绘制示意图；图6(b)是步骤8)在斜侧面平视视图中按照用户的需求进行的风格化绘制示意图；图7(a)是步骤8)在正面俯视视图中按照用户的需求进行的风格化绘制示意图；图7(b)是步骤8)在斜侧面俯视视图中按照用户的需求进行的风格化绘制示意图；图7(c)是步骤10)利用视点相关模型，通过将三维模型投影与手绘信息的差异进行插值操作，在任意视点输出的具有手绘风格的视图；图8(a-d)是用户的手绘图；图8(e-h)是作为对比的系统自动绘制的具有用户手绘风格的视图。
具体实施例方式
本发明方法的核心是建立一个层次化的视点相关模型。在这个模型中每深一层都包含更多的信息。在流程的每一步中，系统通过交互提取用户的输入，从而建立起每一层的模型。然后这一层模型的信息又再反馈给用户，用户以此为基础输入信息建立更深一层的模型，最后完成在一定范围内任意视点的自动绘制。该模型一共分4层(见图1)，其简单的描述如下第零层模型(见图1a)头部三维包围盒模型。包含了头部宽度、高度和深度，以及基本形状的信息。由此可以大致地了解到头部的近似形状。
第一层模型(见图1b)头部三维辅助线模型。包含了头部中心辅助线和眼睛水平辅助线(十字)，以及眉毛、嘴巴、鼻子水平辅助线的位置信息。该模型表达出了头部的基本轮廓、五官的大致位置和形状。并可以将其利用到任意摄像机方向对应的轮廓上。
第二层模型(见图1c)表达了五官位置、形状以及脸部轮廓线信息的头部三维参考模型。包含了眼睛、眼球、眉毛、鼻子、嘴巴、耳朵、下巴以及脸部轮廓线的位置、大小和基本形状的信息。这个模型一方面作为参考模型提供给用户指导手绘过程，另一方面也将作为视点相关模型中的基本模型用于系统自动绘制的方法。
第三层模型(见图1d)包含了用户的风格信息的视点相关模型。这个视点相关模型包含一个基本模型(Level 2)，一组基本摄像机方向上的手绘图(也就是关键的变形信息)，以及与之对应的一组关键视点(用于关联每个二维手绘图与三维基本模型)。对于用户给定的任意视点，系统可以通过插值将关键的变形作用到基本模型上，从而捕捉了用户的风格并实现重用。
以下利用一个我们实现的例子来描述具体流程的实施方式1)读入用于描述对象角色的参数模板该模板为系统内置的各种参数的建议值，包括头部形状特征参数、辅助线特征参数、轮廓及五官特征参数。系统包含多种风格人物的参数模板，这些参数的建议值符合美术领域人物绘画的比例特征。
2)利用上述参数模板设定头部形状特征参数头部形状特征参数包括头顶的坐标位置、头部的高度、头部的前、后、左、右端点的位置；设定的方法为手工指定参数对应特征点的位置，或利用步骤1)读入的参数模板中提供的建议值。(见图2a)3)利用上述头部形状特征参数建立头部三维包围盒模型该头部三维包围盒模型，即在空间直角坐标系中，利用头部的高度和前、后、左、右端点位置建立的立方体模型。(见图2b\2c)4)利用上述三维包围盒模型在正面视图上的投影，设定头部辅助线特征参数头部辅助线特征参数包括头部中心辅助线的位置、眼睛水平辅助线的高度、眉毛水平辅助线的高度、鼻子水平辅助线的高度、嘴巴水平辅助线的高度；设定的方法为手工指定参数对应特征点的位置，或利用步骤1)读入的参数模板中提供的建议值。(见图3a)5)利用步骤3)建立的三维包围盒模型和步骤4)设定的辅助线特征参数建立头部三维辅助线模型该头部三维辅助线模型，由表示头部中心辅助线、眼睛水平辅助线、眉毛水平辅助线、鼻子水平辅助线、嘴巴水平辅助线的空间曲线构成，曲线的参数取自步骤3)建立的三维包围盒模型及步骤4)设定的辅助线特征参数。(见图3b)6)利用上述三维辅助线模型在正面视图和侧面视图上的投影设定轮廓及五官特征参数轮廓及五官特征参数包括左、右眼睛的内侧、外侧、上端、下端共8个点，左、右眼球的内侧、外侧、上端、下端共8个点，左、右眉毛的内侧、外侧、上端共6个点，左、右耳朵的上内侧、上端、外侧、下端、下内侧共10个点，鼻子上端、内侧、尖端、下端共4个点，上、下嘴唇左侧、中间、右侧共6个点，左、右下巴线上端、下端共4个点，脸型控制共8个点，总计54个特征点参数；设定的方法为手工指定参数对应特征点的位置，或利用步骤1)读入的参数模板中提供的建议值。(见图4)7)利用步骤5)建立的三维辅助线模型和步骤6)输入的轮廓及五官特征参数，建立起基于空间曲线的头部三维参考模型该头部三维参考模型，由表示左侧脸部轮廓、右侧脸部轮廓、左眼、右眼、左眼球、右眼球、左眉、右眉、左耳、右耳、鼻子、上嘴唇、下嘴唇、左侧下巴线、右侧下巴线的空间曲线构成，曲线的参数取自步骤5)建立的三维辅助线模型及步骤6)设定的轮廓及五官特征参数。(见图5)8)利用上述头部三维参考模型在指定的关键视点上的投影，用户按照自己的需求输入风格化的笔划指定的关键视点为，分别在平视、俯视、仰视三种情况下，正面、右前侧面、右侧面、右后侧面、左后侧面、左侧面、左前侧面共7个视点，总计21个视点；输入风格化笔划的过程为利用交互界面分别绘制左侧脸部轮廓、右侧脸部轮廓、左眼、右眼、左眼球、右眼球、左眉、右眉、左耳、右耳、鼻子、上嘴唇、下嘴唇、左侧下巴线、右侧下巴线的笔划。(见图6)9)利用步骤7)建立的头部三维参考模型和步骤8)输入的风格化笔划信息，建立头部视点相关模型在该视点相关模型中，步骤7)建立的参考三维模型作为基本模型，步骤8)输入的风格化笔划作为关键的变形信息，步骤8)中指定的关键视点用于关联每个变形信息与基本模型。
10)利用上述头部视点相关模型，通过插值方法在用户指定的任意视点上输出具有手绘风格的视图方法为，首先找到用户指定视点周围的4个关键视点；然后获取步骤9)建立的视点相关模型中对应这些关键视点的变形信息；最后通过插值方法将这些变形信息作用到视点相关模型中的基本模型在该视点的投影上，得到该视点上具有手绘风格的视图。(图7)表达该变形信息的方法为，对于轮廓和五官的每个部位，将该视点对应的风格化笔划同基本模型的投影建立相关性，即采取建立归一化参数方程的方法，为风格化笔划和基本模型投影上的每一点建立一一对应的关系，并依据这一对应关系建立差值向量，作为变形信息。
插值操作的输入是根据三维参考模型产生的二维视图(用户指定的视点以及4个参考视点)；4个参考视点对应的手绘图。输出是目标视点对应的手绘风格视图。对于每个绘制部位，当以上作为输入的9条曲线使用上述的方法建立了相关性后，将计算4个参考视点上，该部位的手绘笔划与三维参考模型该部位投影的差值向量，从而得到表达用户风格的变形信息，然后将其重用到用户指定的目标视点。首先计算出用户指定视点与各个参考视点的距离，然后将参考视点上的差值向量以及与用户指定视点的距离，通过插值计算出用户指定视点的差值向量(可以选择使用一次插值计算加权平均值，或者利用高次插值)，最后将这个差值向量与该视点三维参考模型的投影相加，得到最后的结果——用户指定视点上具有手绘风格的视图(见图8)。
11)设定摄像机路径，获取摄像机路径上的各个视点，利用对应于这些视点的上述具有手绘风格的视图，生成帧序列并输出一段面部动画。该过程支持动画的自动生成。
权利要求
1.一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法，其特征在于，方法的步骤如下1)读入用于描述对象角色的参数模板，该模板为系统内置的各种参数的建议值，包括头部形状特征参数、辅助线特征参数、轮廓及五官特征参数；2)利用上述参数模板设定头部形状特征参数；3)利用上述头部形状特征参数建立头部三维包围盒模型；4)利用上述三维包围盒模型在正面视图上的投影，设定头部辅助线特征参数；5)利用步骤3)建立的三维包围盒模型和步骤4)设定的辅助线特征参数建立头部三维辅助线模型；6)利用上述三维辅助线模型在正面视图和侧面视图上的投影，设定轮廓及五官特征参数；7)利用步骤5)建立的三维辅助线模型和步骤6)输入的轮廓及五官特征参数，建立起基于空间曲线的头部三维参考模型；8)利用上述头部三维参考模型在指定的关键视点上的投影，用户按照自己的需求输入风格化的笔划；9)利用步骤7)建立的头部三维参考模型和步骤8)输入的风格化笔划信息，建立头部视点相关模型；10)利用上述头部视点相关模型，通过插值方法在用户指定的任意视点上输出具有手绘风格的视图；11)设定摄像机路径，获取摄像机路径上的各个视点，利用对应于这些视点的上述具有手绘风格的视图，生成帧序列并输出一段面部动画。
2.根据权利要求1所述的一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法，其特征在于，所述的利用上述参数模板设定头部形状特征参数头部形状特征参数包括头顶的坐标位置、头部的高度、头部的前、后、左、右端点的位置；设定的方法为手工指定参数对应特征点的位置，或利用步骤1)读入的参数模板中提供的建议值。
3.根据权利要求1所述的一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法，其特征在于，所述的利用上述头部形状特征参数建立头部三维包围盒模型该头部三维包围盒模型，即在空间直角坐标系中，利用头部的高度和前、后、左、右端点位置建立的立方体模型。
4.根据权利要求1所述的一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法，其特征在于，所述的利用上述三维包围盒模型在正面视图上的投影，设定头部辅助线特征参数头部辅助线特征参数包括头部中心辅助线的位置、眼睛水平辅助线的高度、眉毛水平辅助线的高度、鼻子水平辅助线的高度、嘴巴水平辅助线的高度；设定的方法为手工指定参数对应特征点的位置，或利用步骤1)读入的参数模板中提供的建议值。
5.根据权利要求1所述的一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法，其特征在于，所述的利用三维包围盒模型和辅助线特征参数建立头部三维辅助线模型该头部三维辅助线模型，由表示头部中心辅助线、眼睛水平辅助线、眉毛水平辅助线、鼻子水平辅助线、嘴巴水平辅助线的空间曲线构成，曲线的参数取自步骤3)建立的三维包围盒模型及步骤4)设定的辅助线特征参数。
6.根据权利要求1所述的一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法，其特征在于，所述的利用上述三维辅助线模型在正面视图和侧面视图上的投影设定轮廓及五官特征参数轮廓及五官特征参数包括左、右眼睛的内侧、外侧、上端、下端共8个点，左、右眼球的内侧、外侧、上端、下端共8个点，左、右眉毛的内侧、外侧、上端共6个点，左、右耳朵的上内侧、上端、外侧、下端、下内侧共10个点，鼻子上端、内侧、尖端、下端共4个点，上、下嘴唇左侧、中间、右侧共6个点，左、右下巴线上端、下端共4个点，脸型控制共8个点，总计54个特征点参数；设定的方法为手工指定参数对应特征点的位置，或利用步骤1)读入的参数模板中提供的建议值。
7.根据权利要求1所述的一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法，其特征在于，所述的利用三维辅助线模型和轮廓及五官特征参数，建立起基于空间曲线的头部三维参考模型该头部三维参考模型，由表示左侧脸部轮廓、右侧脸部轮廓、左眼、右眼、左眼球、右眼球、左眉、右眉、左耳、右耳、鼻子、上嘴唇、下嘴唇、左侧下巴线、右侧下巴线的空间曲线构成，曲线的参数取自步骤5)建立的三维辅助线模型及步骤6)设定的轮廓及五官特征参数。
8.根据权利要求1所述的一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法，其特征在于，所述的利用上述头部三维参考模型在指定的关键视点的投影，用户按照自己的需求输入风格化的笔划指定的关键视点为，分别在平视、俯视、仰视三种情况下，正面、右前侧面、右侧面、右后侧面、左后侧面、左侧面、左前侧面共7个视点，总计21个视点；输入风格化笔划的过程为利用交互界面分别绘制左侧脸部轮廓、右侧脸部轮廓、左眼、右眼、左眼球、右眼球、左眉、右眉、左耳、右耳、鼻子、上嘴唇、下嘴唇、左侧下巴线、右侧下巴线的笔划。
9.根据权利要求1所述的一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法，其特征在于，所述的利用步骤头部三维参考模型和风格化笔划信息，建立头部视点相关模型在该视点相关模型中，步骤7)建立的参考三维模型作为基本模型，步骤8)输入的风格化笔划作为关键的变形信息，步骤8)中指定的关键视点用于关联每个变形信息与基本模型。
10.根据权利要求1所述的一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法，其特征在于，所述的利用上述头部视点相关模型，通过插值方法在用户指定的任意视点上输出具有手绘风格的视图首先找到用户指定视点周围的4个关键视点；然后获取步骤9)建立的视点相关模型中对应这些关键视点的变形信息；最后通过插值方法将这些变形信息作用到视点相关模型中的基本模型在该视点的投影上，得到该视点上具有手绘风格的视图；表达该变形信息的方法为，对于轮廓和五官的每个部位，将该视点对应的风格化笔划同基本模型的投影建立相关性，即采取建立归一化参数方程的方法，为风格化笔划和基本模型投影上的每一点建立一一对应的关系，并依据这一对应关系建立差值向量，作为变形信息。
全文摘要
本发明公开了一种基于层次化视点相关模型的计算机辅助二维手绘动画方法。方法的步骤如下1)读入参数模板；2)设定形状参数；3)建立三维包围盒模型；4)设定辅助线参数；5)建立三维辅助线模型；6)设定轮廓等参数；7)建立三维参考模型；8)用户输入风格化的笔划；9)利用三维参考模型和风格化笔划信息建立视点相关模型；10)通过插值方法在任意视点上输出具有手绘风格的视图；11)设定摄像机路径，输出一段动画。本发明实现了从用户绘制的少量手绘图中提取信息，从而在任意视点上自动绘制具有正确透视关系及用户特有风格视图的功能。解决了传统美术动画制作方法效率不高，以及现有计算机辅助手绘动画技术中存在的透视关系或风格信息缺失的问题。
文档编号G06T17/00GK1920884SQ20061005337
公开日2007年2月28日 申请日期2006年9月13日 优先权日2006年9月13日
发明者耿卫东, 李响, 徐筠 申请人:浙江大学