专利名称：二维动画角色的自动匹配方法
技术领域：
本发明涉及ニ维动画领域，尤其是涉及ー种ニ维动画角色的自动匹配方法。
背景技术：
当前，高质量的ニ维动画有着广泛的应用领域，包括影视、娱乐、教育、广告等多个领域。我国“十一五”规划纲要明确提出，鼓励数字内容产业发展，而当前“十二五”规划建议也提出，要把文化作为支柱产业来发展。动漫产业作为数字内容产业和文化产业ー个重要方面，必将成为我们国家在“十二五”期间极具爆发カ的ー个产业。目前，ニ维动画制作一般采用基于关键帧的方法，其主要步骤包括关键帧绘制，中间帧绘制以及着色等。这些步骤枯燥繁琐，且制作效率低，是制约动画发展的瓶颈。随着相关技术的发展，ニ维动画制作过程中的很多工作和任务已经可以由计算机辅助完成。但是， 因ニ维动画制作流程的特殊性，目前的计算机辅助动画主要还是指动画的后期制作阶段。其主要的中间帧绘制及着色，由于无法实现关键帧中角色的自动匹配，需要由动画师手动建立匹配关系，使得新动画片的制作效率极低。另ー方面，由于错误匹配的存在，动画师对已有的成品和半成品ニ维动画，无法进行有效的自动检索和复用。ニ维动画关键帧中蕴含的对象结构复杂，形状变化大，实现关键帧中角色的“语义理解”，从而支持关键帧中角色的自动匹配，发挥已有动画数据的资源优势，具有重大的实践应用价值。在目前的ニ维动画角色的匹配研究中，早期的Fekete J-D，Bizouarn E([l]Fekete J-D, Bizouarn E. et al. Tici'acToon A paperless system for professions丄2D animation [J]. Computer Graphics，1995，29 (4) :79-80)提出了 ニ维动幽制作系统“TicTacToon”，即商业软件“Toon Boom Studio”的原型。该系统通过一整套数字化方法(digitalization)帮助动画师实现“无纸化”卡通动画制作。然而在中间帧绘制(Inbetweening)方面，“TicTacToon”及之后的“Toon Boom Studio”依然靠人力完成，即先由动画师手动建立关键帧角色之间的匹配关系，再釆用插值(Interpolation)的办法生成中间1P贝。其后，Kort ([2」Alexander Kort，Computer aided inbetweening, Proceedings ofthe 2nd international symposium on Non-photorealistic animation and rendering，June 03_05，2002，Annecy, France)提出一种针对矢量(vectorization)图形的中间中贞自动绘制算法，即先将每帧包含的曲线分组，然后用户依据一定规则建立目标函数，并通过优化目标函数(objective function optimization)建立曲线之间的匹配关系。但该方法仅适用于相对简单的动画，比如剪影动画(cut-out animation) □之后，T.-Y. Li和J. R. Chen ([3]Τ. -Y. Li，J. R. Chen, 2006. 12，“Procedural Rhythmic Character Animation An Interactive Chinese Lion Dance，’’Computer Animation and Virtual Worlds, 17 (5)551-564)提出了类似的匹配算法，但由于釆用了局部优化的方式，因此当出现旋转及形变等刚体及非刚体变换时，该算法无法有效建立匹配关系。除了矢量图形，Seah和Feng([4]
H.Seah and J. Lu " Computer-assisted mbetweenmg of line drawings Imagematching" , Proc. IEEE Int. Conf. Comput. Aided Des. Comput. Graph. , 2001 :193-200 ； [5]J. Lu, H. S. Seah and T. Feng " Computer-assisted cel animation :Post_processingafter inbetweening " , Proc. ACM Int.Conf.Comput.Graph.Interactive Techn.Australasia South East Asia, 2003 :13-20)提出了一套针对光栅图像(Raster Image)的中间巾贞自动绘制算法。该方法通过计算光流(optical flow)实现匹配关系自动建立。针对水流，火焰等自然物体，该方法能得到很好的效果，然而针对人物等复杂ニ维角色，该算法并不能有效保证中间帧的平滑及完整。因此，依然需要由动画师手动建立匹配关系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在ニ维动画制作环境下的ニ维动画角色的自动匹配方法。本发明包括以下步骤I)基于两个关键帧中的角色信息，分别提取角色中的特征点；2)对每个角色中的特征点，采用特征描述算法，为每个特征点分配尺度和方向并生成高维特征向量；3)基于步骤I)中已获得的特征点，构造满足邻接关系的马尔可夫随机场；4)依据步骤3)中所得到的马尔可夫随机场，并结合步骤2)所得到的高维特征向量，计算最大后验概率，寻找出能量函数的极小点，从而建立动画角色的匹配关系。在步骤I)中，所述提取角色中的特征点，可通过关键帧中角色的线长度和曲率信息获得特征点。在步骤2)中，所述采用特征描述算法的具体方法可为计算每个特征点的尺度不变性和旋转不变性，首先对其中一个关键帧中的角色P的特征点Pi和q，计算出相对其余η-i个特征点的直方图Iii hj (k) = #{q ^ Pi (q-Pi) e bin(k)}其中,直方图Iii就是特征点Pi的尺度空间，k表示特征点的维度,bin (k)是在k维度下的极坐标空间；然后，通过下面公式得到特征点的尺度空间
权利要求
1.二维动画角色的自动匹配方法，其特征在于包括以下步骤 1)基于两个关键帧中的角色信息，分别提取角色中的特征点； 2)对每个角色中的特征点，采用特征描述算法，为每个特征点分配尺度和方向并生成高维特征向量； 3)基于步骤I)中已获得的特征点，构造满足邻接关系的马尔可夫随机场； 4)依据步骤3)中所得到的马尔可夫随机场，并结合步骤2)所得到的高维特征向量，计算最大后验概率，寻找出能量函数的极小点，从而建立动画角色的匹配关系。
2.如权利要求I所述的二维动画角色的自动匹配方法，其特征在于在步骤I)中，所述提取角色中的特征点，是通过关键帧中角色的线长度和曲率信息获得特征点。
3.如权利要求I所述的二维动画角色的自动匹配方法，其特征在于在步骤2)中，所述采用特征描述算法的具体方法为计算每个特征点的尺度不变性和旋转不变性，首先对其中一个关键巾贞中的角色P的特征点Pi和q，计算出相对其余n-1个特征点的直方图Iii hi (k) = #{q ^ Pi (q-Pi) G bin (k)} 其中，直方图Iii就是特征点Pi的尺度空间，k表示特征点的维度，bin(k)是在k维度下的极坐标空间；然后，通过下面公式得到特征点的尺度空间
4.如权利要求I所述的二维动画角色的自动匹配方法，其特征在于在步骤3)中，所述构造满足邻接关系的马尔可夫随机场的具体方法为首先以两个关键帧中提取的特征点做为顶点V，以两角色中特征点之间的邻接关系做为边E，然后通过K最邻近结点算法为每条边添加权重，最后就构造出具有邻接关系的马尔可夫随机场
5.如权利要求I所述的二维动画角色的自动匹配方法，其特征在于在步骤4)中，所述计算最大后验概率的具体方法为寻找出能量函数的极小点，建立动画角色的匹配关系；首先设置一个关键帧角色中的特征点为P，另一个关键帧角色中的特征点为L，目的在于寻找一个最大后验概率的其计算公式为
全文摘要
二维动画角色的自动匹配方法，涉及二维动画领域。提供一种在二维动画制作环境下的二维动画角色的自动匹配方法。基于两个关键帧中的角色信息，分别提取角色中的特征点；对每个角色中的特征点，采用特征描述算法，为每个特征点分配尺度和方向并生成高维特征向量；基于已获得的特征点，构造满足邻接关系的马尔可夫随机场；依据所得到的马尔可夫随机场，并结合所得到的高维特征向量，计算最大后验概率，寻找出能量函数的极小点，从而建立动画角色的匹配关系。使得关键帧中的角色在变形、缩放、平移以及旋转等条件下具有尺度不变性和旋转不变性。更能在几何变形因素的影响下保持角色原有的特性不变，为角色间的精确匹配提供了必要的保障。
文档编号G06T13/80GK102708583SQ201210132518
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月2日 优先权日2012年5月2日
发明者俞俊, 周昌乐, 宋智军 申请人:厦门大学