浅论三维图形引擎中实时角色动画关键技术的研究与实现

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1、电子科技大学硕士学位论文三维图形引擎中实时角色动画关键技术的研究与实现姓名：王洪福申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：陈雷霆20060103摘要三维图形引擎是计算机硬件和软件开发的最新技术，实时性，交互性以及强大的漫游功能是其主要特点。三维图形引擎目前在很多领域内都有很广泛的应用，如军方的模拟实战系统以及三维网络游戏等。角色动画是三维图形引擎中一个重要组成部分，在虚拟现实，电子游戏，甚至是传统的动画制作软件中都具有很重要的作用，实时角色动画是评价图形引擎好坏的一个重要标志。关节动画经过20多年的发展，取得了长足进步，特别是基于运动捕捉生成的正向运动学关节动画。运动捕捉技术从本质上改

2、变了动画制作的方法，缩短了动画制作时间，但其缺少灵活性的特点，使得在对运动数据进行重用的时候，必须对数据进行编辑。反向运动学(IK)与正运动学相反，它是在给定角色模型的末端骨骼的位置和方向后，计算出各关节的位置与方向。通过反运动学算法，可以仅使用单个骨骼控制整个角色产生动画，不过反向运动学算法比较复杂，所以当前研究方式是将正向运动学和反向运动学结合起来。骨骼蒙皮动画技术是三维动画领域的一项比较高级的技术，在影视制作、动态仿真等领域起着重要的作用。本文较为深入的研究了三维图形引擎中角色动画的几种实现技术，通过分析几种方法的优缺点，给出了基于反向运动学的关节动画解决方案和骨骼蒙皮动画的实现方案。在

3、骨骼蒙皮动画的实现中运用了基于属性的网格优化技术和采用硬件支持的方式，并在此基础上给出利用现有的动画序列产生新动画的动画混合方法。通过实现表明，采用此动画技术的角色动画，充分利用了现有动画技术的几项优点，具有逼真、生动的显示效果，同时具有良好的实时性，而且具有良好的可扩充性和可移植性，运用此技术来驱动动画，会为游戏引擎增色很多。关键词：三维图形引擎，实时角色动画，关节动画，反向运动学，骨骼蒙皮动画，动画混合。Abstract3D·Graphicengineisthelatesttechnologyofcomputerhardwareandsoftwaredevelopment，themainc

4、haractersofwhicharereal-time，interactionandpowerfulRoaming．Nowadaysitiswidelyusedinmanyfieldssuchassimulationactualcombatsysteminmilitaryand3D·OnlinegameandSOon．Characteranimationisakeycomponentofthe3D—Graphicengine；itplaysanimportantroleinvirtualreality,digitalgameandevenintraditionalsoftwareofanim

5、ationmanufacture．Real-timecharacteranimationiSanimportantstandardwhentoevaluatea3D—Graphicengine．Articulatedfigureanimationhasmadeagreatimprovementduringthepast20years，especiallythosebasedonmotioncapture．Insubstance，motionCapturetechnologychangesthemethodofanimationmanufacturefi'omessenceandshortens

6、thetimeofanimationmanufacture，butasitsinflexibilitywemusteditthedatawhenreuseit．IK(inve体ekinematics)，contrarytoForwardkinematics，computesthepositionandorientationofeacharticulatedfigurewhengiventhepositionofcharacter’Sendbone．UsingIKalgorithmcancontrolthewholecharacterbysinglebone，butnowadaystherese

7、archmodeofjoinanimationcombinesForwardkinematicswitllinversekinematicsbecauseitistoocomplicatedtoonlyuseIK．Skinnedmeshcharacteranimationisanewadvancedtechnologyin3Danimationfield．Becauseofitsvivideffe