運用3D技術生成二維手繪風格角色動畫技術分析

論文類別:文學藝術論文 > 美術論文
論文標簽:手繪論文
論文作者: 周維 胡秋生
上傳時間:2012/3/8 10:31:00

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摘要:我們在這篇論文當中描述了一個可以自動生成卡通風格動畫角色著色技術,我們的方法需要我們制定shader,並使其根據模型形體自動辨別邊界並進行著色處理。我們解決了具體的問題包括 卡通模型技術,法線貼圖技術以及動態光影生成技術,結果直觀而簡單。
關鍵詞:日式動畫風格;非真实感渲染;賽璐珞著色法
    一、概述
    由於傳統的手工上色耗費大量的時間以及成本,數字化的無纸動畫上色也僅僅是將制作過程变成手工計算機上色,仍然需要耗費大量的人工時間以及成本。對於這種情況我們希望能夠出現一種技术可以減少這種勞動密集型的上色修型作業,提高效率,同時進一步改善並統一動畫图形品質,減少項目的運作風險。
    文介紹了一種卡通動畫渲染技術,使得上色過程自動化,如圖1左邊我們對角色進行數字化建模的過程,运用我們的算法使得三維角色擁有和二維角色近乎一樣的視觉特征。
    
运用3D技术生成二维手绘风格角色动画技术分析_代写论文网

   圖1:從我們使用數字動畫軟件對二維角色進行數字模型化,我們運用抽象的渲染風格技術進行渲染,會讓人聯想到是卡通手繪的角色
    在該技術研究中我们采用較為成熟的日式卡通風格,來作為衡量我們技術實用性,通過我们制定shader以及數字模型來生成日式卡通二維效果,同時我們還可以訪問以及修改shader的參數,例如顏色,高光特性,對比關系,等參數控制最終的渲染結果。同時我們改進相關的流程使得流程高效易用,並能很好的适用於實際的商業動畫項目中。
    二、相關工作
    1.建立角色模型。
    我們通过建立三維幾何體描述需要生成圖形的造型形象。對我們來說具體使用哪一種建模方法並不重要,因為渲染算法本身是通用的,運用不同的算法我們可以計算真實感圖形以及非真實感圖形的計算。我們知道我们一般所制作的數字模型都是依據真实的光照標準來制作的。这種數學模型稱為光照模型,這種模型可以用描述物體表面光強度的物理公式推導出來。給予計算機生成的圖形最基本的真實性。但是三維数字卡通形象都是以非真實效果存在的,這就需要我們按照卡通渲染算法對光照模型的進行适當修改,已滿足最終渲染效果的需要。所謂卡通渲染的基本元素,就是“輪廓線和較統一的着色”。依據卡通圖形的基本特征我們將從著色以和勾線這兩方面來解決問題。
    2.著色處理
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    給三維角色著色處理,需要我們考虑兩個方面。一個是物體本身的顏色紋理,二是環境光照情況。而且對於日式卡通渲染圖形來說,重點是在顏色光與影的變化,對紋理的要求比較少見。因此,對於我們卡通角色著色的討論主要集在光照顏色和陰影顏色上。通常情況,當光線照在物體上的時候,物體的顏色會依據光照強度的衰减出現平滑的明暗變化,這会讓物體看起來更為真實,而我們卡通渲染則需要離散這種光照,使得光與影能夠明顯的区分出來,且參數可以随意控制光和影的色值,簡單的做法就是給光照強度限制範圍 也就是我們常說的非線性光照(如圖3 B),非線性光照是卡通渲染的重要特征。
    圖3  
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    非線性光照使圖像區別于真實感圖像所存在平滑过渡效果,這會讓我們很容易想到的一種解決方法是直接采用紋理貼圖,但是這種靜紋理贴圖局限性比較多,如不能夠根據光照變化而產生變化,在很多地方會限制效果的發揮,大部分時候需要光影動態计算方式,使得整體畫面視覺效果統一。
    3.勾線
    運用3D技術來为三維角色生成理想的輪廓線,是我們研究的重點,基本的要求是用黑色像素沿著物體的輪廓和邊緣進行填色 當視角點改變時,輪廓線也跟隨改變正確的渲染和計算。
    下面是我提出的模擬手繪渲染邊線的解決辦法。
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转貼於 免費論文下載中心 http://www.hi138.com    我們處理的思路是:采用取樣像素級法線信息,將顏色信息和法線信息分別輸出到兩個渲染目標紋理。再獲得了法線和顏色的渲染目標紋理後,利用這2個紋理做處理:判斷臨近的像素的法線的方向是否差别很多,如果很大,就是具有輪廓的地方,用黑色填充,否則作為顏色處理,對於顏色信息,就是正常渲染模型,法線信息就是計算三維物體在攝像機下空間坐标XYZ,並使用三元屬性RGB顏色值表示,由於法線信息是三元浮點信息,而圖形渲染格式則可擁有4個通道,所以多出來的一個通道可以記錄其他信息,如模型id號,根據id號不一致情況 這樣可以檢測是否處是外輪廓。
    等然後在這個物體上進行輪廓描邊,渲染出較為理想的轮廓線。用這種方法渲染的最终效果是只有邊線的模型圖,獨立的渲染邊緣線好處就是可以獨立的處理這些邊緣線效果,我們可以按照自己預期的藝術效果,對渲染出的輪廓线進行手工二次修改或修正。
    運用這種方法的优點在於:一是運用計算機批量生成動畫線稿的基礎上進行修改,這比用傳統手繪動畫的方法效率高得多,不需要太多的勾線人員,省時省力,節約成本和大量的制作时間;二是與全3D動画相比,技術要求門檻比較低,即使在渲染中出現錯誤也可以快速修正過來。三是這种方法易於修改 可以更具需求制作如水墨线, 水彩 ,油畫等勾邊效果。
    4.其他處理。
    所研究的這種渲染方法還可以做進一步延伸:通過限制制作normal map贴圖來提升角色細節,使得模型面數大大降低,
    通過用最少的點、線、面建模提高運行效率。渲染出明確、清晰的輪廓線和陰影線,以便於進行2D 手繪填色,或對邊緣輪廓線添加手繪貼圖材質,直接渲染出有手繪效果的線條。與手繪相比,由渲染貼圖生成的線條或用繪圖板在圖形軟件中绘制的線條缺少了個性化的特點。運用後期來處理來勾線提藝術家自由發揮的空间。
    三、結論
    我們已提出了二維風格渲染方法,這些都源运用不同的算法控制技術,使得模型能夠產生色彩邊界,強調形狀以及邊界,使得能夠表現各類非真實效果 。 我們通过這種方法模擬,使用程序化的三維渲染技術與傳統手工動画角色視覺表現幾乎一致,與傳統手繪角色同样具有表現力。我們的方法的主要优點是:該技術易於使用并可很好的整合在動畫制作流程當中,成本相對於傳統動畫方法低廉很多,即使剛成立的小型動畫工作室也可以利用這種方法快速的制作出高品質二維動畫出來。運用這種方法和技術,充分利用計算機的資源,減少劳動密集型的傳統動畫作業方式,提升效率降低動畫項目的風險和運營成本。雖然該技術仍然還有一定的局限性,需要制作人员針對不同鏡頭和不同情況做細致的參數調整,雖然這些參數需要被手動設定,但也意味著為制作人員提供了更多的控制。盡管有些限制,我們的方法和流程會產生人信服程二維卡通角色。
★本課題系南昌大學科學技術學院科研立項項目。

參考文獻


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