基于动态超螺旋线的三维头发建模*

计算机动画中,模拟人的头发是非常困难的。基于动态的、不可伸展弹性杆的基尔霍夫方程,提出采用超螺旋线表示头发股来解决头发股的弯曲和挠曲的非线性行为。将头发股分成N段,使用拉格朗日力学定律动画绘制每段超螺旋杆,最后将各段连接起来,构成整个头发股。基于其他可行的模型与动态超螺旋线模型的比较,实验结果显示模型能够有效地处理大范围具有高逼真度的卷发。     

探究融合手绘风格的卡通角色动画生成方法

动画产业是我国最近几年兴起新兴产业,由目情况前来看,动画产业有发展成我国主流产业的态势。由此可见,动画越来越受国民的喜爱。而动画在制作过程中并没有预想的容易。实际上制作动画最基本的要求就是角色的动作神态都必须要自然、生动、灵活并且表现力要强,要想达到理想效果,制作过程是十分复杂繁琐的。但是如果将手绘风格融入到卡通角色动画中,那么效果就大不一样了。因此本文对融合手绘风格的卡通角色动画生成方法进行探究,期望得到真正有效的方法。     

基于图像的头发建模技术综述

头发是人类特征的重要组成部分,是判断一个人的年龄、背景及身份等的重要依据.在虚拟现实和计算机图形学领域,头发建模受到越来越多的研究人员的关注.传统的头发建模是基于物理模拟的,通过设置相关参数构造出不同的头发,计算量很大,建模过程也不直观、难以控制;而基于图像的头发建模方法,具有建模速度快、模型逼真度高等优点,近几年受到研究者重视,开始成为另外一个研究热点.回顾了基于单幅图像的头发建模、基于多幅图像的静态头发建模、基于视频的动态头发建模、头发建模结果的编辑重用等方面的研究进展,并分析总结了各种方法的适用情况及不足,最后提出了基于图像的头发建模技术在未来的发展趋势以及面临的挑战.     

基于几何结构的2.5D卡通建模

二维卡通制作技术大致分为计算机辅助2D卡通动画制作和利用3D建模技术渲染生成动画。将两者结合,提出一种2.5D卡通制作模型,通过几何结构的旋转进行纹理贴图,并构造卡通的旋转过程。在2D动画中,一个卡通形象本身隐含几何结构,将卡通形象定义为由只含一个典型几何结构卡通元素构成的卡通对象,利用典型几何结构二维投影变化规律,构建相应结构卡通元素的变形算法,分析长方体和球体卡通元素在转动时投影的变化规律,给出基于这些规律实现相应结构卡通元素伪3D转动效果的算法。通过长方体、球体、圆柱体进行旋转的实验结果证明了算法的有效性。     

基于Cosserat理论的头发动态模拟*

针对基于弹性杆理论的超螺旋模型中对动力学方程的求解影响头发模拟实时性的问题,采用Cosserat弹性杆理论对头发建模,引入角速度变量,并加入头发运动平衡的固有约束,得到改进的拉格朗日动力学运动方程;然后,将头发单体离散化,用角速度和四元数作为状态变量简化动力学方程,用半显式的欧拉方程加速方程的执行,大大降低了系统的运行时间,提高了模拟的速度,在满足实时性要求的同时提高了头发模拟的真实度。     

一种头发动态模拟方法

该文提出了一种新奇的方法来表示头发,该方法建立在离散层次细节模型上,通过恰当重组和细分来表示头发。这种离散层次细节模型包括：单根头发,头发簇和头发束,通过一个基轴来控制头发的运动。基轴用四叉树数据结构来重组和细分。在运行时,通过头发的运动、头发是否可见以及与视点的距离来选择恰当的离散和连续头发层次表示。头发的碰撞检测算法是通过扫描体来快速准确交叉计算。同时,这些头发模拟和碰撞检测的方法在头发运动的整体性能和可视质量上达到一种柔性平衡。此外,该方法能够模拟不同的发型、各种头发的长度以及头发的运动。     

结合动力学模拟的手绘服装动画生成

手绘服装动画是艺术化绘制风格与服装运动规律的结合体,将手绘风格与服装运动模拟相融合,提出一种高效生成具有手绘效果的服装动画方法.通过手绘图来指定服装动画的艺术效果,并基于逆向动力学原理,采用非线性优化方法从用户输入的手绘图中恢复出服装运动的动力学参数;在此基础上,设计实现了基于广义的中间帧插值方法和结合显式动作数据的外推方法,自动生成用户所期望的、与手绘图风格一致的服装动画序列.实验结果表明,该方法可有效地生成融合服装物理运动属性并保留动画师手绘风格的服装动画,显著提高了手绘服装动画的制作效率.     

柔性机器人的动力学建模及其控制*

本文首先综述了近年来在柔性机器人动力学建模方面所取得的进展，着重介绍了目前较常见的几种建模方法和模型，同时对柔性机器人的控制问题进行了评述，指出了今后研究的方向。     

在头部动画中头发弯曲的控制

根据头发的基本特性，将头发弯曲通过力的形式统一予以描述，根据头发的不同受力，得到不同的弯曲形状，并且给出了碰撞检测方法和头发生长点判别方法。     

3维卡通水与物体交互作用的动画建模

为了生成水与物体交互作用的卡通动画,提出一个混合式的3维卡通水模型。先构造出复杂的各种卡通水波模型,然后在2维工作区上对它们进行结构上的组合并映射到3维水面上进行绘制;障碍物在3维水面上的覆盖区域被检测出来之后,将其逆映射到2维工作区并在工作区内实现流水波形和障碍物所在区域的碰撞检测,根据碰撞检测结果触发障碍物附近的激起浪花波形。该方法的特点在于既表现了卡通流水与障碍物的碰撞,又保持了手工绘画的艺术感。此外,用户还可以方便地对波形的形态、位置、速度等进行设置与调控。系统利用GPU（图形处理器）硬件处理能力实现了对3维卡通水与物体交互的实时绘制。     

一种卡通动画中人物头发运动生成技术研究

介绍了一种新的卡通动画中人物头发运动的混合技术,使动画师们能方便地创作出有吸引力和可控性的头发运动效果,而不需要手工对头发运动表现过程进行逐帧绘制,仅设置好所需的一些关键帧画面。该技术方法演示如何根据给出的手绘卡通人物角色动作配以相应的头发运动效果。这种方法的新颖之处是,既不是简单地插入关键帧来获得头发运动效果,也不是通过物理模拟的方式来生成头发飘逸的动画,而是从动画师预先准备好的少量的作为关键帧草图的头发运动效果,建立物理模拟动画数据库,根据此数据库中头发的运动效果来创建出特定头发运动动画。此方法生成的头发动画分两个阶段完成,首先是在数据库中搜索对应的运动效果画面,然后顺利连接;其次数据库序列的关键帧之间的过渡帧由在动画中运用转移函数生成的插值补充,以实现流畅的头发飘逸动画。     

Analytical inverse kinematics with body posture control

This paper presents a novel whole‐body analytical inverse kinematics (IK) method integrating collision avoidance and customizable body control for animating reaching tasks in real‐time. Whole‐body control is achieved with the interpolation of pre‐designed key body postures, which are organized as a function of the direction to the goal to be reached. Arm postures are computed by the analytical IK solution for human‐like arms and legs, extended with a new simple search method for achieving postures avoiding joint limits and collisions. In addition, a new IK resolution is presented that directly solves for joints parameterized in the swing‐and‐twist decomposition. The overall method is simple to implement, fast, and accurate, and therefore suitable for interactive applications controlling the hands of characters. The source code of the IK implementation is provided. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

计算机生成卡通烟雾动画

给出了一个用于二维计算机动画烟雾的模型,这里着重强调的用计算机生成卡通风格的烟雾效果。首先介绍如休从手工绘制的卡通烟画面中提取烟雾骨架的静态结构与动态,然后沿骨架进行不同的形状绘制来生成卡通烟缕和烟团,引进随机分量控制,该模型可以自动生成无重复机械感的并与卡通风格一致的烟雾序列画面。     

基于形状匹配的卡通运动捕捉

提出一种对传统的卡通动画进行运动捕捉的方法．不同于以前基于骨架模型或者关键形状表示的方法,用整体仿射运动和局部非仿射变形的组合来表示卡通人物的运动,用卡通人物的轮廓表示它的形状;然后直接对相邻的关键帧进行形状匹配,将恢复的运动参数映射到一个目标人物上,使其具有与原来人物相同的运动方式．文中不使用先验模型,通过形状匹配来获取和映射卡通人物的运动,并通过实验验证了该方法的可行性．     

浅谈KIDULTS族群为国产动漫带来新契机

文章试将KIDULTS这个近年来我国动漫主要受众之一的群体作为研究对象,论述该群体与本土动漫及泛动画产业间的微妙关系与相互影响。针对这一市场,如果相关人士与产业对其投入足够关注,设计并开发出一系列适应其需求的动漫作品及周边产品,KIDULTS必将为当前发展迅速的国产动漫,尤其是刚刚起步的全民动画,成人动漫市场以及泛动画产业链的形成和发展贡献出其巨大的力量。     

卡通动画雨模型

给出了一个能自动生成卡通风格的小雨和大雨效果的计算机模型.首先介绍如何从手工绘制的卡通雨动画序列中分析并提取雨滴降落轨迹的静态结构与动态结构,以此为基础生成它们的骨架模型.在小雨模型中,只采用单层骨架,在大雨模型中,则采用多层雨滴以表示降雨的深度感,并添加溅落到地面的雨滴,以进一步强调效果.由于在模型中采用了随机分量控制,因而在生成的下雨效果中避免了在手工绘制动画里重复使用周期序列画面带来的机械感.在手工绘制动画中若想改变下雨轨迹的方向和速度,以烘托动画气氛,则需要分别绘制不同的下雨动画序列,工作量很大.采用该模型只需通过控制少量几个参数便可以十分容易地改变下雨的方向与速度.该模型不仅能再现传统二维卡通下雨的效果,而且能在三维空间生成卡通风格的下雨动画.     

一种解析的反向运动学方法*

针对多关节的反向运动学（IK）提出一种解析的求解方法,直接给出公式来求解关节链中所有待求关节的位置和旋转变量。同传统的迭代方法相比,该方法省却了繁琐的迭代计算,具有更高的求解效率,可以应用于角色动作、运动轨迹的设计、编辑及优化等交互性强和实时性要求高的应用中。     

一个用于立体卡通动画的流水模型

提出了一个用于立体卡通动画的流水模型.介绍了如何把手工绘制的卡通流水画面分解成不同的部分,从中提取流水序列的静态信息与动态信息.基于这些信息,建立了一个具有等级结构的模型.通过调整少量的控制参数,模型可以自动生成与手工绘制卡通流水风格一致的动画序列.一个重要的工作是把卡通流水模型扩展到三维,并在CAVE立体投影系统中生成立体卡通流水动画.     

计算机生成三维卡通风格喷水效果

在过去20年中人们提出许多处理水运动的模型，但大都致力于生成真实感的动画，而对传统手工绘制的水运动效果建模问题几乎无人涉及，给出一个自动生成三维卡通风格喷水效果的计算机模型，首先介绍如何从手工绘制的卡通喷水画面中提取它的骨架，然后沿骨架用等级结构定义喷水边线、水波纹理与水滴，通过引进随机分量控制，本模型可以自动生成无重复机械感的并与卡通风格一致的三维卡通风格喷水序列画面。