一种家具的动画渲染方法及系统

本发明涉及动画渲染，尤其涉及一种家具的动画渲染方法及系统。

背景技术：

1、随着虚拟现实、增强现实和计算机图形学的发展，家具动画渲染成为了展示家具设计的重要手段，传统的家具动画渲染方法主要依赖于手工建模和手动动画制作，这种方法存在着效率低、周期较长的问题，因此，为了满足现代家具设计领域对高效、准确、逼真的动画渲染需求，需要一种智能化的家具动画渲染方法。

技术实现思路

1、本发明为提出一种家具的动画渲染方法，以解决至少一个上述技术问题，包括以下步骤：

2、步骤s1：获取家具设计图纸及家具基础材料参数；对家具设计图纸进行形态结构分析，以生成家具形态结构数据；对家具基础材料参数进行材质属性分析，生成家具材质属性数据；对家具材质属性数据进行力学结构特征分析，生成家具材质力学性能数据；

3、步骤s2：根据家具材质力学性能数据对家具形态结构数据进行虚拟建模，构建家具三维虚拟模型；对家具三维虚拟模型进行运动路径规划，以生成运动路径规划数据；根据运动路径规划数据对家具三维虚拟模型进行动态模拟，生成家具动态模拟数据；

4、步骤s3：对家具动态模拟数据进行位置变化分析，以生成位置变化数据；根据位置变化数据对家具动态模拟数据进行运动轨迹识别，以生成运动轨迹图；基于运动轨迹图对家具三维虚拟模型进行障碍物碰撞仿真，生成家具碰撞响应数据；

5、步骤s4：对家具三维虚拟模型进行光线照射模拟，从而得到家具光线照射数据；对家具光线照射数据进行光线路径追踪，生成光线路径数据；对光线路径数据进行光照分布分析，以生成光照分布数据；

6、步骤s5：利用光照分布数据对家具三维虚拟模型进行阴影效果计算，生成家具阴影效果数据；对家具阴影效果数据及光照分布数据进行家具光影场景拟合，生成多层光影场景图；利用多层光影场景图对家具三维虚拟模型进行光影动画渲染，以生成家具光影渲染贴图；

7、步骤s6：根据家具碰撞响应数据对家具光影渲染贴图进行动态碰撞渲染，以生成家具动态渲染图；对家具动态渲染图进行时序帧优化，以生成时序帧渲染图序列；利用时序帧渲染图序列对家具三维虚拟模型进行动画渲染优化，以生成家具动画渲染模型，以执行家具动画渲染作业。

8、本发明通过对家具设计图纸进行形态结构分析，分析家具的形状和结构，生成家具的形态结构数据，为后续的建模和模拟提供基础，对家具基础材料参数进行材质属性分析，了解家具材料的特性，通过对家具材质属性数据进行力学结构特征分析，评估家具的力学性能，并生成家具的材质力学性能数据，根据家具的形态结构数据和材质力学性能数据，进行虚拟建模，即将家具转化为三维虚拟模型，为后续的渲染和动画提供基础，对家具三维虚拟模型进行运动路径规划，确定家具的运动轨迹，根据家具的三维虚拟模型和运动路径规划数据，进行动态模拟，模拟家具在运动过程中的行为和变化，对家具的动态模拟数据进行位置变化分析，获得家具在不同时间点的位置信息，生成位置变化数据，为后续的运动轨迹识别和碰撞仿真提供依据，根据位置变化数据，对家具的动态模拟数据进行运动轨迹识别，确定家具的运动轨迹，基于运动轨迹图，对家具的三维虚拟模型进行障碍物碰撞仿真，模拟家具与其他物体的碰撞情况，对家具的三维虚拟模型进行光线照射模拟，模拟光线在家具表面的照射情况，有助于光照分布分析和阴影效果，对家具的光线照射数据进行光线路径追踪，确定光线在家具内部的传播路径，通过分析光线路径数据，得到家具表面的光照分布情况，生成光照分布数据，为后续的阴影效果计算和光影场景拟合提供依据，利用光照分布数据，对家具的三维虚拟模型进行阴影效果计算，模拟家具在光照下产生的阴影效果，结合家具的阴影效果数据和光照分布数据，进行光影场景拟合，将家具的阴影效果与周围环境的光照进行融合，生成多层光影场景图，为后续的光影动画渲染提供依据，利用多层光影场景图，对家具的三维虚拟模型进行光影动画渲染，模拟家具在动画过程中的光影效果，根据家具的碰撞响应数据，对家具的光影渲染贴图进行动态碰撞渲染，模拟家具在碰撞过程中的变化和效果，生成家具的动态渲染图，为最终的动画渲染提供更加真实的效果，对家具的动态渲染图进行时序帧优化，提高动画渲染的流畅度和质量，利用时序帧渲染图序列，对家具的三维虚拟模型进行动画渲染优化，生成具有流畅动画效果的家具动画渲染模型，以执行最终的家具动画渲染作业，呈现出逼真、生动的家具动画渲染效果。

9、优选地，步骤s1包括以下步骤：

10、步骤s11：获取家具设计图纸及家具基础材料参数；

11、步骤s12：对家具设计图纸进行部件分析，生成家具部件数据；

12、步骤s13：根据家具部件数据对家具设计图纸进行纹理细节识别，得到家具纹理细节数据；

13、步骤s14：基于家具纹理细节数据对家具设计图纸进行形态结构分析，以生成家具形态结构数据；

14、步骤s15：对家具基础材料参数进行材质属性分析，生成家具材质属性数据；

15、步骤s16：对家具材质属性数据进行力学结构特征分析，生成家具材质力学性能数据。

16、本发明通过获取家具设计图纸和基础材料参数，家具设计图纸提供家具的外观和结构信息，基础材料参数提供材料的物理特性和质量等信息，用于后续步骤的分析和建模，通过对家具设计图纸进行部件分析，将家具的不同部件进行划分和识别，有助于后续步骤中对部件的纹理细节、形态结构和力学特性等进行分析和处理，通过对家具部件数据进行纹理细节识别，获取家具设计图纸中不同部件的纹理细节信息，如纹理图案、颜色和材质等，以实现真实感和细节效果，通过对家具纹理细节数据进行形态结构分析，了解家具的外观形态、尺寸和结构等信息，有助于确保家具的形态结构在动画渲染过程中得到准确呈现，并为后续的三维建模和动画效果提供基础，通过对家具基础材料参数进行材质属性分析，获取材料的物理特性、质量和颜色等属性数据，通过对家具材质属性数据进行力学结构特征分析，了解家具材料在力学上的行为，如承重能力、刚度和变形等，以确保家具在动画中的运动和行为符合真实物体的行为。

17、优选地，步骤s2的具体步骤为：

18、步骤s21：根据家具材质力学性能数据对家具形态结构数据进行虚拟建模，构建家具三维虚拟模型；

19、步骤s22：对家具三维虚拟模型进行运动约束分析，生成家具运动约束数据；

20、步骤s23：根据家具运动约束数据对家具三维虚拟模型进行运动路径规划，以生成运动路径规划数据；

21、步骤s24：对运动路径规划数据进行平滑插值，以生成运动路径平滑插值数据；

22、步骤s25：根据运动路径平滑插值数据对家具三维虚拟模型进行动态模拟，生成家具动态模拟数据。

23、本发明通过根据家具材质力学性能数据对家具形态结构数据进行虚拟建模，创建一个精确的家具三维虚拟模型，模型考虑家具的形状、尺寸和材质力学性能，以确保在后续的动态模拟和动画渲染过程中，通过对家具三维虚拟模型进行运动约束分析，确定家具在动画中的运动范围和约束条件，运动约束数据用于后续的运动路径规划和动态模拟，确保家具的运动行为符合预期，基于家具运动约束数据，对家具三维虚拟模型进行运动路径规划，确定家具在动画中的运动轨迹和路径，有助于在动画中控制家具的运动方式、速度和方向，以实现预期的动画效果，并确保家具在运动过程中遵循约束条件，通过对运动路径规划数据进行平滑插值，创建平滑的运动路径，以提高家具的运动流畅性和真实感，平滑插值确保家具的运动在动画中显得自然而连续，避免不必要的抖动或不连贯的移动，通过根据运动路径平滑插值数据对家具三维虚拟模型进行动态模拟，模拟家具在动画中的运动行为和物理交互，包括家具的移动、旋转、碰撞等，以实现逼真的动画效果，动态模拟数据用于后续的碰撞检测、物理效果和动画渲染。

24、优选地，步骤s22的具体步骤为：

25、步骤s221：对家具部件数据进行部件结构约束分析，以生成部件结构约束数据；

26、步骤s222：对家具材质力学性能数据进行运动驱动分析，生成运动驱动特性数据；

27、步骤s223：根据对运动驱动特性数据对部件结构约束数据进行结构间兼容性分析，生成结构间兼容性数据；

28、步骤s224：对运动驱动特性数据进行家具运动阻尼量化，以生成家具运动阻尼效果数据；

29、步骤s225：根据家具运动阻尼效果数据对家具三维虚拟模型进行运动约束范围计算，生成运动约束范围；

30、步骤s226：根据结构间兼容性数据及运动约束范围对家具三维虚拟模型进行运动约束分析，生成家具运动约束数据。

31、本发明通过对家具部件数据进行部件结构约束分析，确定各个部件之间的结构约束关系，生成的部件结构约束数据用于后续的运动约束分析和运动路径规划，确保在动画中，各个部件的相对位置和相互作用满足家具设计和结构要求，通过对家具材质力学性能数据进行运动驱动分析，了解家具材质在运动过程中的特性和响应，生成的运动驱动特性数据帮助理解家具材质的弯曲、扭转、伸缩等运动方式，为后续的动态模拟和运动路径规划提供基础，通过对运动驱动特性数据和部件结构约束数据进行结构间兼容性分析，评估各个部件之间的兼容性和协调性，确定哪些部件同时运动或如何协调它们的运动，以确保家具在动画中的运动表现自然且合理，通过对运动驱动特性数据进行家具运动阻尼量化，分析家具在运动过程中的阻尼效果，生成的家具运动阻尼效果数据用于模拟家具的惯性、阻力和回弹等动态特性，使得家具在动画中的运动更加逼真和平滑，通过根据家具运动阻尼效果数据对家具三维虚拟模型进行运动约束范围计算，确定家具在动画中的可移动范围和受限区域，生成的运动约束范围用于限制家具的运动范围，以确保家具在动画中的运动行为符合设计意图和物理规律，通过根据结构间兼容性数据和运动约束范围对家具三维虚拟模型进行运动约束分析，确定家具各个部件的运动范围和限制，生成的家具运动约束数据用于后续的运动路径规划和动态模拟，确保家具在动画中的运动行为符合结构约束、兼容性和运动范围的要求。

32、优选地，步骤s3的具体步骤为：

33、步骤s31：对家具动态模拟数据进行位置变化分析，以生成位置变化数据；

34、步骤s32：对位置变化数据进行位置变化幅度检测，生成位置变化幅度数据；

35、步骤s33：根据位置变化幅度数据对家具动态模拟数据进行运动轨迹识别，以生成运动轨迹数据；

36、步骤s34：对运动轨迹数据进行轨迹图拟合，以生成运动轨迹图；

37、步骤s35：基于运动轨迹图对家具三维虚拟模型进行障碍物碰撞仿真，生成家具碰撞响应数据。

38、本发明通过对家具动态模拟数据进行位置变化分析，获取家具在不同时间点的位置信息，生成的位置变化数据记录家具的位置随时间的变化情况，为后续的运动轨迹生成和碰撞检测提供基础，通过对位置变化数据进行位置变化幅度检测，量化家具在各个时间点的位置变化幅度，生成的位置变化幅度数据用于评估家具的运动速度和加速度，以便更准确地模拟家具在动画中的运动效果，通过根据位置变化幅度数据进行运动轨迹识别，确定家具的运动轨迹，生成的运动轨迹数据描述家具在动画中的路径和运动方式，为后续的轨迹图拟合和碰撞检测提供依据，通过对运动轨迹数据进行轨迹图拟合，将离散的运动轨迹数据整合成平滑的运动轨迹图，生成的运动轨迹图更直观地表示家具在动画中的运动路径，为后续的碰撞检测和障碍物仿真提供便利，基于运动轨迹图对家具三维虚拟模型进行障碍物碰撞仿真，模拟家具在动画中与其他物体的碰撞行为，生成的家具碰撞响应数据描述家具与障碍物之间的碰撞情况，包括碰撞位置、碰撞力度等信息，从而实现更真实的碰撞效果和交互动画渲染。

39、优选地，步骤s35的具体步骤为：

40、步骤s351：对运动路径规划数据进行障碍物模拟，生成障碍物数据；

41、步骤s352：通过障碍物数据对运动轨迹图进行障碍物标记，构建障碍物标记图；

42、步骤s353：基于障碍物标记图对家具三维虚拟模型进行障碍物碰撞仿真，生成障碍物碰撞仿真数据；

43、步骤s354：对障碍物碰撞仿真数据进行碰撞形变识别，生成家具运动碰撞形变数据；

44、步骤s355：对家具运动碰撞形变数据进行碰撞响应分析，生成家具碰撞响应数据。

45、本发明通过对运动路径规划数据进行障碍物模拟，模拟在家具运动过程中可能出现的障碍物，描述障碍物的位置、形状和大小等信息，为后续的碰撞仿真和碰撞形变识别提供基础，通过将障碍物数据应用于运动轨迹图，对运动轨迹图进行障碍物标记，构建的障碍物标记图为后续的障碍物碰撞仿真提供了准确的碰撞区域信息，基于障碍物标记图进行障碍物碰撞仿真，模拟家具与障碍物之间的碰撞行为，通过对家具三维虚拟模型进行碰撞仿真，生成的障碍物碰撞仿真数据描述碰撞发生的时间、位置、力度等信息，从而实现更真实的碰撞效果，通过对障碍物碰撞仿真数据进行碰撞形变识别，分析家具在碰撞过程中的形变情况，生成的家具运动碰撞形变数据描述家具在碰撞发生后的形状变化、位移等信息，为后续的碰撞响应分析提供依据，通过对家具运动碰撞形变数据进行碰撞响应分析，评估家具在碰撞过程中的响应情况，生成的家具碰撞响应数据描述碰撞后的位移、形变、应力等信息，为动画渲染过程中的碰撞效果和交互性提供更准确的数据支持。

46、优选地，步骤s4的具体步骤为：

47、步骤s41：对家具三维虚拟模型进行光线照射模拟，从而得到家具光线照射数据；

48、步骤s42：根据家具材质属性数据对家具光线照射数据进行材质光学特性分析，以生成家具材质光学特性数据；

49、步骤s43：基于家具材质光学特性数据对家具光线照射数据进行光线路径追踪，生成光线路径数据；

50、步骤s44：对家具三维虚拟模型进行边缘结构检测，生成家具边缘结构数据；

51、步骤s45：根据家具边缘结构数据对光线路径数据进行光照分布分析，以生成光照分布数据。

52、本发明通过对家具三维虚拟模型进行光线照射模拟，模拟光线在家具表面的照射情况，生成的家具光线照射数据描述家具在不同位置和角度下的光照强度、颜色等信息，为后续的材质光学特性分析和光线路径追踪提供基础，通过对家具光线照射数据进行材质光学特性分析，分析家具材质在光线照射下的反射、折射、吸收等特性，生成的家具材质光学特性数据描述家具材质对光线的响应规律，为后续的光线路径追踪提供材质属性的参考，通过基于家具材质光学特性数据进行光线路径追踪，模拟光线在家具表面的反射、折射等路径，生成的光线路径数据描述光线在家具表面的传播路径和与材质交互的过程，通过对家具三维虚拟模型进行边缘结构检测，识别家具模型中的边缘结构信息，生成的家具边缘结构数据描述家具模型中边缘的位置、角度等信息，为后续的光照分布分析提供边缘信息的支持，根据家具边缘结构数据对光线路径数据进行光照分布分析，分析光线在家具表面的照射和反射分布情况，生成的光照分布数据描述家具表面的明暗、阴影等光照效果，为动画渲染过程中的光照效果提供依据。

53、优选地，步骤s5的具体步骤为：

54、步骤s51：利用光照分布数据对家具三维虚拟模型进行阴影效果计算，生成家具阴影效果数据；

55、步骤s52：对家具阴影效果数据及光照分布数据进行分布边缘散射分析，以生成分布边缘散射数据；

56、步骤s53：对分布边缘散射数据进行光照分布边缘软化修正，以生成分布边缘软化修正数据；

57、步骤s54：通过分布边缘软化修正数据对家具三维虚拟模型进行家具光影场景拟合，生成家具光影场景图；

58、步骤s55：对家具光影场景图进行多层光线采样，生成多层光影场景图；

59、步骤s56：利用多层光影场景图对家具三维虚拟模型进行光影动画渲染，以生成家具光影渲染贴图。

60、本发明通过光照分布数据对家具三维虚拟模型进行阴影效果计算，模拟光线在家具表面产生的阴影效果，生成的家具阴影效果数据描述家具的阴影形状、强度和颜色等信息，为后续的光照分布边缘散射分析和分布边缘软化修正提供基础，通过对家具阴影效果数据及光照分布数据进行分布边缘散射分析，分析家具阴影边缘处的散射情况，生成分布边缘散射数据描述阴影边缘的模糊程度和散射强度，为后续的光照分布边缘软化修正提供参考，通过对分布边缘散射数据进行光照分布边缘软化修正，调整阴影边缘处的光照分布，使其更加自然和逼真，描述光照在阴影边缘处的渐变和过渡效果，为后续的家具光影场景拟合提供修正后的数据，通过利用分布边缘软化修正数据对家具三维虚拟模型进行光影场景拟合，将修正后的光影效果应用到家具模型中，生成真实的光影场景图，家具光影场景图包含阴影、高光、反射等光照效果，为后续的光影动画渲染提供基础，通过对家具光影场景图进行多层光线采样，捕捉不同光线方向和强度下的光影信息，生成的多层光影场景图提供更多细节和质感，为后续的光影动画渲染增加真实感和视觉效果，通过利用多层光影场景图对家具三维虚拟模型进行光影动画渲染，将光照效果应用到家具模型中，并生成最终的家具光影渲染贴图，家具光影渲染贴图展现家具在动画中的真实光照、阴影和反射效果，提升动画的视觉质量和逼真度。

61、优选地，步骤s6的具体步骤为：

62、步骤s61：根据家具碰撞响应数据对家具光影渲染贴图进行动态碰撞渲染，以生成家具动态渲染图；

63、步骤s62：对家具动态渲染图进行时序运动分析，以生成时序运动数据；

64、步骤s63：根据时序运动数据对家具动态渲染图进行时序帧优化，以生成时序帧渲染图序列；

65、步骤s64：对时序帧渲染图序列进行超像素序列增强，以生成超像素时序帧渲染图序列；

66、步骤s65：通过超像素时序帧渲染图序列对家具三维虚拟模型进行动画渲染优化，以生成家具动画渲染模型，以执行家具动画渲染作业。

67、本发明通过根据家具碰撞响应数据对家具光影渲染贴图进行动态碰撞渲染，模拟家具在动画中的碰撞行为，生成的家具动态渲染图展现家具在动画过程中的碰撞效果，增加动画的真实感和视觉冲击力，通过对家具动态渲染图进行时序运动分析，分析家具在动画中的运动轨迹和变化情况，生成的时序运动数据描述家具的位置、旋转、缩放等运动参数随时间变化的情况，为后续的时序帧优化提供依据，通过根据时序运动数据对家具动态渲染图进行时序帧优化，优化动画中每一帧的渲染效果，生成的时序帧渲染图序列包含平滑的过渡和连贯的动画效果，提升动画的流畅性和观赏性，通过对时序帧渲染图序列进行超像素序列增强，对动画帧进行分割和处理，提高渲染图的质量和效果，生成的超像素时序帧渲染图序列减少数据量并保留关键信息，提升动画渲染的效率和视觉效果，通过利用超像素时序帧渲染图序列对家具三维虚拟模型进行动画渲染优化，生成最终的家具动画渲染模型，家具动画渲染模型包含动画序列、渲染参数和优化结果，用于执行家具动画渲染作业，最终呈现出逼真的家具动画效果。

68、在本说明书中，提供一种家具的动画渲染系统，用于执行如上所述的家具的动画渲染方法，包括：

69、结构分析模块，获取家具设计图纸及家具基础材料参数；对家具设计图纸进行形态结构分析，以生成家具形态结构数据；对家具基础材料参数进行材质属性分析，生成家具材质属性数据；对家具材质属性数据进行力学结构特征分析，生成家具材质力学性能数据；

70、动态模拟模块，根据家具材质力学性能数据对家具形态结构数据进行虚拟建模，构建家具三维虚拟模型；对家具三维虚拟模型进行运动路径规划，以生成运动路径规划数据；根据运动路径规划数据对家具三维虚拟模型进行动态模拟，生成家具动态模拟数据；

71、碰撞响应模块，对家具动态模拟数据进行位置变化分析，以生成位置变化数据；根据位置变化数据对家具动态模拟数据进行运动轨迹识别，以生成运动轨迹图；基于运动轨迹图对家具三维虚拟模型进行障碍物碰撞仿真，生成家具碰撞响应数据；

72、光线路径追踪模块，对家具三维虚拟模型进行光线照射模拟，从而得到家具光线照射数据；对家具光线照射数据进行光线路径追踪，生成光线路径数据；对光线路径数据进行光照分布分析，以生成光照分布数据；

73、光影场景模块，利用光照分布数据对家具三维虚拟模型进行阴影效果计算，生成家具阴影效果数据；对家具阴影效果数据及光照分布数据进行家具光影场景拟合，生成多层光影场景图；利用多层光影场景图对家具三维虚拟模型进行光影动画渲染，以生成家具光影渲染贴图；

74、渲染模型模块，根据家具碰撞响应数据对家具光影渲染贴图进行动态碰撞渲染，以生成家具动态渲染图；对家具动态渲染图进行时序帧优化，以生成时序帧渲染图序列；利用时序帧渲染图序列对家具三维虚拟模型进行动画渲染优化，以生成家具动画渲染模型，以执行家具动画渲染作业。

75、本发明通过结构分析模块通过形态结构分析，理解家具的形状、尺寸和组成部分，通过材质属性分析，了解家具材料的特性，如颜色、纹理等，通过力学结构特征分析，评估家具的强度、稳定性等力学特性。动态模拟模块通过虚拟建模，将家具的形态结构数据转化为三维虚拟模型，以便后续的动态模拟和渲染，通过运动路径规划，确定家具在动画中的运动轨迹和动作，通过动态模拟，模拟家具在运动过程中的姿态变化和动作表现，生成家具的动态模拟数据，使家具在动画中呈现出逼真的运动效果，碰撞响应模块对家具动态模拟数据进行位置变化分析了解家具在动画中的位置变化情况，生成位置变化数据，通过运动轨迹识别，识别家具在动画中的运动轨迹，生成运动轨迹图，通过障碍物碰撞仿真，模拟家具与其他物体的碰撞情况，生成家具的碰撞响应数据，确保家具在动画中的碰撞行为更加真实和逼真，光线路径追踪模块通过光线照射模拟，模拟光线在家具表面的照射情况，得到家具的光线照射数据，通过光线路径追踪，追踪光线在家具内部的传播路径，生成光线路径数据，通过光照分布数据的分析，了解家具表面的光照情况，生成光照分布数据，这为后续的光影场景模块提供了基础，光影场景模块通过阴影效果计算，模拟家具在光照下的阴影效果，生成家具的阴影效果数据，通过光影场景拟合，将家具的阴影效果与光照分布进行融合，生成多层光影场景图，通过光影动画渲染，为家具的三维虚拟模型添加逼真的光影效果，生成家具的光影渲染贴图，渲染模型模块通过动态碰撞渲染，模拟家具在碰撞过程中的光影变化，生成家具的动态渲染图，通过时序帧优化，对动态渲染图进行处理，优化渲染效果和流畅度，生成时序帧渲染图序列，通过动画渲染优化，为家具的三维虚拟模型生成高质量的动画渲染模型，执行家具动画渲染作业。