一種多點觸控二維動畫的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及計算機圖形學，特別是涉及一種多點觸控二維動畫的制作方法。
【背景技術】
[0002] 動畫作為一種融合了眾多藝術門類的綜合性藝術，自其誕生之日起便以其自身獨 特的表現形式和應用價值獨立于世界藝術之林。計算機圖形學和硬件技術的高速發展使得 計算機動畫開始走向輝煌。《星球大戰》、《玩具總動員》、《侏羅紀公園》等優秀電影讓人們充 分領略到了計算機動畫技術的魅力。計算機動畫已經滲透到人們生活的各個角落，廣泛應 用于商業廣告、電視片頭、電影電視特技、動畫片、游戲、教育、軍事等各種領域。計算機動畫 的制作技術有很多，典型的如關鍵幀動畫、關節動畫、人體動畫以及基于物理的動畫等。其 中，關鍵幀動畫是一種最為經典的技術。關鍵幀的概念來源于傳統的卡通片制作。在早期 WaltDisney的制作室，熟練的動畫師負責設計動畫片中的關鍵畫面（即所謂的關鍵幀）， 然后由一般的動畫師設計中間幀。在圖形學領域，學者們致力于研究各種用于方便且高質 量生成兩種幀的各種技術：為了方便藝術家設計關鍵幀，研究人員提出了各種變形技術。它 們的基本思想就是通過編輯較為簡單的代理句柄，并將代理句柄的變換效果以自然的方式 傳遞到整個復雜物體上，從而實現對物體的整體編輯，這里的核心問題是如何將代理句柄 的變換以自然的方式傳遞到整個物體上。一些研究人員采用基于網格的方法，Igarashi等 人[1]設計了一個分步的解析算法，首先根據句柄變換確定三角網格上每個三角形的合適的 旋轉，然后再進一步調整它們的縮放比例。他們將兩個步驟都用表示為二次能量的優化，從 而轉化為一個線性系統的求解問題，達到了實時。Sheffer和Kraevoy[2]以及Sorkine等人
[3] 通過引入具有特定不變屬性的坐標以捕捉三角網格的局部形狀，在變形過程中保持這些 坐標不變從而使得三角網格的局部形狀得以保持。還有一些研究人員提出了各種無網格方 法，Sederberg和Parry提出的自由變形技術[4]以及Bookstein提出的薄板樣條變形技術 [5]是早期的一些例子，后續的研究人員設計了各種形狀敏感的廣義重心坐標，比如均值坐 標 [6'7]以及它們的各種改進形式[8'9'1(]];對于中間幀，由于在整個動畫序列中所起的作用不 一樣，一般都是通過對兩個關鍵幀進行自動插值生成。選擇什么樣的幾何量進行插值是其 中的核心問題。一種比較簡單的方法是對每個對應點進行線性插值，然而這種方式容易導 致收縮等問題。Xu等人[11]對三角形的變形梯度進行線性插值，并最終通過求解泊松方程 重建插值后的頂點坐標，然而該方法在旋轉比較大的情況下會出現瑕疵。Winkler等人[12] 采用對三角形的邊長和二面角進行非線性插值的方式解決大旋轉的問題，但該方法極為耗 時。Fr"ohlich和Botsch[134；^出了一種快速的近似方法。
[0003] 盡管二維動畫的相關制作技術已經在圖形學界得到持久和廣泛的討論，然而需要 指出的是，已有的研究更多的集中在如何改善動畫的效果上。現有動畫系統的交互界面仍 然比較復雜和抽象，尤其不適合業余的愛好者：（1)盡管變形技術的進步讓藝術家只要通 過編輯一些簡單的句柄就可以實現對物體整體的自然形變，從而設計出高質量的關鍵幀， 但是這些句柄的自由度仍然是比較高的，且有些編輯操作如旋轉等采用鼠標方式仍然顯得 不夠直觀；（2)現有的動畫系統大都僅提供了時間線的方式讓藝術家對動畫序列的時間進 程進行控制，實現快進快出或慢進慢出等效果，這樣操作方式顯得尤為抽象，而且這種一維 的編輯形式顯然局限性也很大。
[0004] 參考文獻：
[0005] [1]TakeoIgarashi，TomerMoscovich,andJohn F.Hughes, "As-rigid-as-possibleshapemanipulation，''ACMTrans.Graph.，vol. 24,n o. 3,pp. 107 - 116, 2005.
[0006] [2]A.ShefferandV.Kraevoy,"Pyramidcoordinatesformorphingand deformation，"inProceedingsofthe3DDataProcessing,Visualization,and Transmission, 2004,pp. 68 - 75.
[0007] [3]01gaSorkine，YaronLipman，andDanielCohen-〇r，αLaplacianSurface Editing，''inProceedingsoftheEurographics/ACMSIGGRAPHSymposiumonGeometry Processing2004, 2004,pp. 179 - 188.
[0008] [4]T.ff.SederbergandS.R.Parry, ^Free-formdeformationofsolid geometricmodels，"inProceedingsofACMSIGGRAPH，1986,pp. 151 - 160.
[0009] [5]F.L.Bookstein,"Principalwarps:Thin-platesplinesand thedecompositionofdeformations，"IEEETrans.PatternAnal.Mach. Intell.，pp. 567 - 585, 1989.
[0010] [6]M.S.Floater，"Meanvaluecoordinates，"Comput.AidedGeom.Des.，vol. 2 0,no. 1,pp. 19 - 27, 2003.
[0011] [7]TaoJu，ScottSchaefer，andJoeWarren，"Meanvaluecoordinatesfor closedtriangularmeshes，''ACMTrans.Graph.，vol. 24,no. 3,pp. 561 - 566, 2005.
[0012] [8]P.Joshi，M.Meyer，T.DeRose，B.Green，andT.Sanocki，"Harmonic coordinatesforcharacterarticulation，''ACMTrans.Graph.，vol. 26,no. 3,p.Article No. 71，2007.
[0013] [9]YaronLipman,DavidLevin,andDanielCohen-〇r，uGreen Coordinates，"ACMTrans.Graph.，vol. 27,no. 3, 2008.
[0014] [10]Xian-YingLi，TaoJu，andShi-MinHu，"CubicMeanValue Coordinates，''ACMTrans.Graph.，vol. 32,no. 4,p.ArticleNo. 126, 2013.
[0015] [ll]DongXu,HongxinZhang,QingWang，andH.Bao,"Poissonshape interpolation，"inProcofthe2005ACMSymposiumonsolidandphysical modeling，2005,pp. 267 - 274.
[0016] [12]T.Winkler,J.Drieseberg,M.Alexa,andK.Hormann, ^Multi-scalegeometry interpolation, ^Comput.Graph.Forum,vol. 29,no. 2,pp. 309 - 318, 2010.
[0017] [13]S.FrohlichandM.Botsch, ^Example-drivendeformationsbasedon discreteshells，"Comput.Graph.Forum，vol. 30,no. 8,pp. 2246 - 2257, 201L

【發明內容】

[0018] 本發明的目的在于提供簡單直觀、功能強大的一種多點觸控二維動畫的制作方 法。
[0019] 本發明包括以下步驟：
[0020] 1)句柄指定：用戶在輸入圖像上采用句柄定義手勢指定各種類型的編輯句柄；
[0021] 2)動畫生成：以指定句柄為約束構造三角網格，計算各句柄變換權重。用戶通過 句柄操縱手勢編輯各個句柄，根據變換權重計算網格每個頂點編輯后的位置，最后通過重 心坐標插值更新嵌入網格的圖像；
[0022] 3)信號分解：將動態三角網格序列表示的動畫分解成形狀、姿勢和時間三個相對 獨立信號；
[0023] 4)信號編輯：用戶可以通過良好定義的多點觸控手勢分別對分離出的形狀、姿勢 和時間三個相對獨立信號獨立編輯；
[0024] 5)動畫輸出：調用庫將動畫序列存儲為GIF圖片輸出。
[0025] 在步驟1)中，所述句柄定義手勢可為一套多點觸控的句柄定義手勢，所述一套多 點觸控的句柄編輯手勢允許用戶多單個或多個句柄同時進行平移、旋轉等變換；所述編輯 句柄包括點句柄、線句柄、區域句柄等各種形式句柄。
[0026] 在步驟3)中，所述動態三角網格序列為，…S表示該變形網 格的形狀空間，維度為d= 2V，V為網格頂點數目，Zl為該網格所有頂點的坐標構成的向量， 分解為由子形狀信號姿態信號紀dJ?2和時間信號構成的緊湊表示，通過一 組函數f，g，h將這些信號聯系在一起。
[0027] 在步驟4)中，所述獨立編輯可對分離出的形狀、姿勢和時間三個相對獨立信號采 用多點觸控方式進行直觀編輯，所述直觀編輯可通過直觀自然的多點觸控手勢以支持對二 維動畫的局部化時域編輯及重采樣、形狀域編輯和姿勢域編輯。
[0028] 本發明針對現有二維動畫制作系統交互界面復雜、抽象，創作門檻高，創作效率低 等問題，充分利用多點觸控設備的多自由度輸入，設計了一種自然便捷的關鍵幀制作方式、 一種高效可控的中間幀生成方法以及直觀豐富的后期編輯技術。該方法在產業化后可以極 大的降低手機動漫內容制作的門檻，提高手機動漫內容制作的效率和質量，促進產業的蓬 勃發展。
[0029] 本發明利用當前流行的多點觸控設備的多自由度輸入方式，通過設計自然、直觀 的句柄指定、句柄編輯以及信號編輯等多點觸控手勢，將動畫序列分解為獨立的形狀、姿勢 和時間信號，提供了一種簡單直觀、功能強大的二維動畫制作和編輯方法。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發明的整體流程圖；
[0031] 圖2為圖1中生成動畫方案流程圖；
[0032] 圖3為圖1中信號分解方案流程圖；
[0033] 圖4為模式切換手勢圖；
[0034] 圖5為句柄定義手勢圖；
[0035] 圖6為句柄變換手勢圖；
[0036] 圖7為信號編輯手勢圖。
【具體實施方式】