手绘艺术动画的计算机辅助设计方法综述

近年来随着计算机技术广泛应用于手绘艺术动画的制作,出现了许多新的手绘艺术动画的计算机辅助设计和制作方法。这些方法概括为五类：①结合三维动画技术实现艺术动画制作;②引入中国传统的艺术元素制作手绘动画;⑧基于视频流生成动画;,④使用素材重用的方法制作手绘动画;⑤结合中间帧自动或半自动生成技术制作动画。文章对这些方法进行了介绍,并指出中间帧生成技术能够保持绘画者的手绘风格,突出手绘动画的艺术特征;并进一步说明了结合中间帧生成技术辅助制作动画的关键,是寻求一种自然高效的交互方式来定义始末关键帧中图形元素间的对应关系,以及根据此对应关系自动或半自动生成中间帧的方法。     

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DBBS模型的中间帧生成技术

中间帧生成技术已经成为计算机动画视觉研究领域的热点问题。本文针对传统中间帧生成方法的不足,在分析和阐述DBBS（Disk and Ball B-Spline curve,饼形和球形的B样条曲线）模型基本原理的基础上,提出一种基于该模型的中间帧生成方法。针对关键帧中候选点尖锐度不同的情况,提出针对性的预处理方法,使之满足相应条件后生成中间帧。实验结果表明,该方法比传统方法具有更好的生成效果和更快的生成速度。     

新媒体时代手绘动画的个性化艺术表现策略研究

媒体的发展带动了动画产业的飞速前进,传统的手绘动画的优势逐渐消失,但是随着网络时代的到来,个性化需求被不断放大。手绘动画又有了发展的新优势。文章便是基于此进行论述。首先分析手绘动画的发展脉络,之后在创作手法及艺术属性两个方面探讨新媒体时代手绘动画的个性化,文章的最后结合自己的创作实践及部分优秀作品探讨新媒体时代手绘动画的个性化艺术实践策略。     

结合一种面-面碰撞检测算法的服装动态模拟

实时的服装动态模拟一直是计算机动画的研究热点。在回顾弹性模型及其碰撞问题的相关研究工作的基础上，采用基于质点－弹簧模型的动态模拟方法，产生了虚拟3D模特表面的服装动态效果。其中考虑了织物的非理想弹性属性和变化的空气流作用力，并针对系统实现的瓶颈－服装和人体的碰撞问题，提出一种碰撞检测算法。     

一种实时虚拟人反应式动画生成算法

使用运动捕获数据驱动与动力学模拟相结合的控制方法,可以产生既真实又能对外界施加的作用力作出反应的人体运动.为减少以前方法中反应式运动数据搜索的时间开销并去除动画师需要的手工调节工作,采用并行计算,并引入人工神经网络的方法,根据虚拟人主要关节的位姿对反应运动类型进行预测,得到需搜索的反应运动子类型库.另外,对搜索匹配的算法进行改善以提高搜索效率.实验结果表明:系统中的虚拟人的运动能在两种控制方式之间灵活切换,并能实时响应外界的交互作用.     

动画中手绘的传承性与延续性研究

动画艺术的发展,经历了原始洞穴壁画,早期的传统动画和如今的CGI数字动画时代。手绘在动画艺术的发展历程中始终处于核心地位,不同时期新的手绘技术总是取代旧有技术成为当今动画的主流。通过选取奥斯卡最佳动画短片奖和昂西国际动漫节获奖短片进行数据分析,对比不同时期、不同类型动画中手绘的形式,论证CGI等新技术的发展并不是取代旧有的传统手绘动画,而是对传统的一种传承和发展。     

多层次生成对抗网络的动画头像生成方法研究

现有的动画图像生成方法存在合成图像多样性缺失、局部纹理不清晰、样本方差较小,难以根据细节描述进行生成的问题.基于堆叠式生成对抗网络(StackGAN++)的思想,结合辅助分类器,提出改进模型ACM-GAN(auxiliary classification atteched multi-level generative ...     

树在风中的摇曳--基于动力学的计算机动画

树木森林在自然场景的构成中占有很重要的地位，尤其是树在风中的摇曳更是组成了一个幕幕动人的景象。但是由于树结构的高度复杂性，给这一问题的研究工作带来了极大的困难。     

结合三维流体模拟合成的定格场景动画生成

定格和三维流体动画都是三维动画的一个重要组成部分。实现三维动画模拟相融合是一般动画项目中遇到的特殊困难和瓶颈,将三维流体动画和定格动画进行合成制作,提出基于流体插件体系解决如何把生成的三维流体动画运用到定格动画中的方法。为三维动画之间的模拟合成探索新的视觉艺术形式寻求了技术的突破。     

基于物理仿真的布料动画研究综述

随着计算机图形技术的发展,布料动画成为3D游戏和动画电影相关领域研究者共同关心和研究的课题,并呈现蓬勃发展的趋势.布料动画的主要目标是表现布料丰富的运动细节,获得细腻、逼真的动画效果,可广泛应用于游戏、动画和虚拟现实等众多领域.论述了国内外基于物理仿真的布料动画建模的研究现状,总结了基于物理仿真的布料动画基本理论和方法.通过对近年来该领域相关文献的分析和归纳,发现其中存在的优缺点和相互间的联系,力图为3D游戏和动画中布料动画仿真技术的研究提供系统的思路.     

基于实例数据分析的多精度网格布料动画

在布料动画领域,细节变形褶皱的快速逼真模拟是一个具有挑战性的问题.多精度网格布料动画技术,在不同变形区域采用不同密度的网格,由此保证布料运动的丰富细节和更高的动画合成效率.已有的研究工作,主要针对多精度网格布料动画的可计算问题,即在动画过程中动态获取顶点或面片曲率,依据手工设定的阈值进行动态迭代精化,而对于有效性问题,即如何预测布料运动趋势并据此合理修改网格精度,未深入研究.针对该问题,在对布料运动过程中弯曲变形特征进行分析的基础上,提出一种基于实例数据分析的多精度网格布料动画方法.首先,选取一段持续的高精度布料动画作为实例数据,分析并提取弯曲变形模式;其次,以弯曲变形模式作为启发信息,结合有效的精化策略以及精化原则,对相应低精度布料模型进行逐层精化,从而构建多精度网格布料几何模型;最后,建立多精度网格各层质点的受力关系,并通过增加边界约束和质量约束,构建可适用于多精度网格的布料动画模型.实验结果显示,文中预构建的多精度网格模型可用于同类相似运动驱动下的布料动画计算,能够在保持较多细节变形的前提下,有效提高计算效率.     

布料动画模拟综述

分析了近20年来布料动画技术的发展情况,对其中的基于物理模型布料模拟技术的框架作了比较详细的介绍,并分别从物理模型、数值方法的采用、碰撞检测和处理等方面对布料模拟技术的发展作了比较深入、全面的综述．     

Anisotropic Strain Limiting for Quadrilateral and Triangular Cloth Meshes

The cloth simulation systems often suffer from excessive extension on the polygonal mesh, so an additional strain‐limiting process is typically used as a remedy in the simulation pipeline. A cloth model can be discretized as either a quadrilateral mesh or a triangular mesh, and their strains are measured differently. The edge‐based strain‐limiting method for a quadrilateral mesh creates anisotropic behaviour by nature, as discretization usually aligns the edges along the warp and weft directions. We improve this anisotropic technique by replacing the traditionally used equality constraints with inequality ones in the mathematical optimization, and achieve faster convergence. For a triangular mesh, the state‐of‐the‐art technique measures and constrains the strains along the two principal (and constantly changing) directions in a triangle, resulting in an isotropic behaviour which prohibits shearing. Based on the framework of inequality‐constrained optimization, we propose a warp and weft strain‐limiting formulation. This anisotropic model is more appropriate for textile materials that do not exhibit isotropic strain behaviour.     

一种有效的隐式约束动力学布料动画方法

布料动画中,通常采用施加约束的方式限制布料的过度拉伸.已有的研究工作没有充分考虑拉伸约束与弯曲形变之间的关系,构造的动画模型并不完善,无法模拟布料无拉伸而多褶皱的“刚柔”相混的复杂变形效果.针对此问题,提出一种基于隐式约束力的布料动画方法.首先,建立有效的布料弯曲受力模型,并提出一种动态适应性约束方法,能够同时处理布料运动过程中结构和剪切2种不同类型的拉伸,避免单一结构拉伸约束导致的“过剪切”变形或者过约束导致的“刚性”失真效果;建立碰撞约束,避免局部调整穿透质点引起的过度拉伸问题.其次,将各种约束以隐式约束力的形式增加到动力学系统中,采用约束型迭代精化的方法进行求解.实验结果表明,该方法稳定有效,能够在保持布料弯曲形变的前提下,将拉伸控制在合理范围内,真实地刻画布料“易弯抗拉”的变形特征,实现逼真的布料变形动画模拟.     

基于IMEX的织物动态仿真的近似解法

织物在空间运动的刚性特征始终是困扰织物动态仿真的难题．显式方法简单灵活,易于实现,但受稳定因素影响,无法实现具有刚性特征的织物动态模拟;隐式方法稳定性好,却忽略了非线性因素,而且计算复杂,直接影响到仿真的最终结果和实际效率．针对这一问题,提出了基于隐式一显式的近似解法,该方案从系统受力形变的非线性特征出发,将质点受力分为线性和非线性两部分,线性部分采用隐式解法,非线性部分利用显式解法,线性方程组的求解则运用近似解法．实验结果表明,该方法兼具两种方法的优点,既保留了隐式方法的稳定性,又充分利用了显式方法的简易性处理非线性特征,从而从真正意义上解决织物仿真中的刚性问题．     

Parallel Cloth Simulation Using OpenGL Shading Language

The primary goal of cloth simulation is to express object behavior in a realistic manner and achieve real-time performance by following the fundamental concept of physic. In general, the mass–spring system is applied to real-time cloth simulation with three types of springs. However, hard spring cloth simulation using the mass–spring system requires a small integration time-step in order to use a large stiffness coefficient. Furthermore, to obtain stable behavior, constraint enforcement is used instead of maintenance of the force of each spring. Constraint force computation involves a large sparse linear solving operation. Due to the large computation, we implement a cloth simulation using adaptive constraint activation and deactivation techniques that involve the mass–spring system and constraint enforcement method to prevent excessive elongation of cloth. At the same time, when the length of the spring is stretched or compressed over a defined threshold, adaptive constraint activation and deactivation method deactivates the spring and generate the implicit constraint. Traditional method that uses a serial process of the Central Processing Unit (CPU) to solve the system in every frame cannot handle the complex structure of clothmodel in real-time. Our simulation utilizes the Graphic Processing Unit (GPU) parallel processing with compute shader in OpenGL Shading Language (GLSL) to solve the system effectively. In this paper, we design and implement parallel method for cloth simulation, and experiment on the performance and behavior comparison of the mass–spring system, constraint enforcement, and adaptive constraint activation and deactivation techniques the using GPU-based parallel method.     

融合QPSO算法的多精度布料仿真建模方法

在布料建模领域，如何快速模拟布料形变之后的褶皱细节是研究的热点。通过使用多精度布料建模方法，在布料的不同形变区域使用不同精度的网格，可以有效平衡建模的精度和速度，已有的工作主要是在布料形变过程中，动态计算出布料质点邻域的曲率，依据人为设定的阈值，划分出布料的多精度区域，而在大部分场景中，布料的变形模式没有规律，固定不变的阈值可能会影响布料的仿真效果。针对该问题，首先将基于量子行为的粒子群算法引入建模过程，通过粒子群算法对布料表面的搜索，提高了布料弯曲部位的搜索效率，优化了多精度布料的建模速度和精度，其次针对布料仿真运动过程进行研究，参考布料受空气阻力的数学模型，以及粒子动力学中的数值积分方法，优化布料运动的仿真计算方法。实验证明，与现有布料多精度方法相比，该方法能较快检测到布料褶皱区域并判断是否需要细化，且能较好地表现出布料仿真过程中空气阻力对布料造成的形变。     

一种基于物理模型的布料湿润效果真实感模拟方法

通过分析布料和流体之间的相互作用与关系,本文提出了一种新的基于多孔粒子模型的布料湿润效果真实感模拟方法。该模型可以看作是一种改进的弹簧质点模型,借鉴粒子模型的一些基本概念,模型中采用了多孔粒子这一结构。该结构中的孔隙可以作为流体在布料中的存储空间,由于相邻多孔粒子中流体存储量不同,形成的毛细压强差推动流体在所有粒子中流动。同时,该模型按照达西渗流原理控制整个流体湿润布料的过程,并且根据相关粒子饱和度的不同选择不同的纹理,用映射不同纹理的方式表现湿润过程中布料材质的改变。该模型计算效率高,且具有很强的可扩展性。     

基于自适应Runge-Kutta法的织物动态模拟

运动微分方程的数值求解，是实现基于物理模型的织物仿真的技术关键。针对具有高精度要求的织物动态仿真，提出利用显式Runge-Kutta高阶方法解决仿真过程中运动微分方程的求解问题，并采用内嵌的Cash-Karp计算格式，从自动调整步长和控制精度两方面优化算法。实验证明，基于内嵌的Runge-Kutta自适应法精度高，易实现，具备良好的稳定性，并可直接获取误差，自动调整步长确保精度，使系统的求解效率得以进一步提高。