摘  要: 為了對二維圖像實現(xiàn)人物動畫，對人物圖像進行輪廓提取、貼圖，給模型添加骨骼并進行骨骼綁定，最后進行人物動畫模擬。實驗結(jié)果表明,基于Maya的人物動畫能夠以較高真實度生成人物動畫。
關(guān)鍵詞: Maya動畫; 輪廓提取; 骨骼綁定; 人物動畫

    隨著生物學(xué)、光學(xué)和圖形圖像學(xué)等科技不斷發(fā)展壯大，逐漸形成了現(xiàn)在的動畫行業(yè)。近幾年動畫行業(yè)突飛猛進，使得不少人加入到動畫這個行業(yè)中[1]。可以很容易看出，動畫的發(fā)展與同時代的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是息息相關(guān)的。
    動畫又可以分為二維動畫和三維動畫。二維動畫和三維動畫制作的過程事實上都是在對現(xiàn)實的三維世界進行一個模擬，三維動畫中的貼圖是二維的，而二維動畫一直在繪制真實的三維空間，三維的建立離不開二維，而二維動畫的世界是建立在三維世界中的，它們互相之間是不可分割的。只有將這兩種技術(shù)結(jié)合起來，才能更好地模擬真實空間，制作出更有視覺效果的動畫。作為主流的二維動畫是研究的一個重點[2]。
　　本文直接對信息量較少的手繪圖以及很難完整、精確提取圖畫信息的古畫、油畫等經(jīng)典畫作中的人物在原先的背景狀態(tài)下實現(xiàn)動畫。值得注意的是，這些人物圖像的動畫僅僅是通過一張圖片來完成的。實驗結(jié)果表明，通過該方法能夠讓圖片中的人物數(shù)字化，并且能夠讓人物做出一些較為簡單的動作，展現(xiàn)人物的行為動作，感受人物運動狀態(tài)。
1 Maya動畫
    Maya是目前世界上最為優(yōu)秀的動畫制作軟件之一,它被廣泛應(yīng)用于電影、電視、廣告、計算機游戲和電視游戲的數(shù)位特效創(chuàng)作中。自Maya問世以來，已經(jīng)獲得了多項國際大獎。在好萊塢的大片中幾乎都有它的身影，如《黑客帝國》、《蜘蛛俠》等。Maya的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：平面圖形可視化、網(wǎng)站資源開發(fā)、電影特技和游戲設(shè)計與開發(fā)4個方面，具有極大的市場潛力。
    Maya共提供了5種類型的動畫制作方式:(1)關(guān)鍵幀動畫,通常用在角色動畫中；(2)路徑和約束動畫，主要做一些沿特定路徑運動和受目標物體約束的動畫；(3)動力學(xué)動畫，可以在模擬自然物理現(xiàn)象中完美地運用；(4)表達式動畫，這是需要專業(yè)的Mel編程基礎(chǔ)的動畫；(5)屬性驅(qū)動動畫，這種動畫比較獨特，靠物體之間屬性相關(guān)聯(lián)來間接驅(qū)動物體運動，通常用在角色骨骼綁定過程中。
2 動畫仿真和結(jié)果分析
2.1 動畫系統(tǒng)選擇
    首先,選擇是基于網(wǎng)格的還是基于骨骼的動畫系統(tǒng)[3]。    在基于網(wǎng)格的動畫系統(tǒng)中，對于每一個動畫幀，需要定義模型網(wǎng)格的每個點在世界中的位置。例如，一個包含200個多邊形的手的模型，有300個頂點，動畫有10幀，那么就需要在內(nèi)存中存儲300個頂點位置的數(shù)據(jù)，總共有300×10=3 000個頂點，每個頂點由x、y、z和顏色alpha信息組成。
    相比之下，在骨骼動畫系統(tǒng)中，網(wǎng)格是由骨架組成的骨骼。網(wǎng)格頂點和骨架本身相關(guān)，它們在模型中的位置都是相對于骨架的。因此，移動骨架，組成多邊形頂點的位置也相應(yīng)改變，只需使骨骼運動即可。很明顯，它極大地節(jié)省了內(nèi)存空間。模型著眼于世界中的事件[4]，或使模型的“腳部”在他們站著的地面保持水平，這有助于增強視覺的真實感。此外，骨骼動畫的另一個優(yōu)點是能夠定義權(quán)重值，可反映骨架對每個頂點的影響程度。
    總的來說，角色模型能夠更加流暢和真實地實現(xiàn)動畫，且只需要更少的內(nèi)存便可達到雙贏的效果，因此，本文選擇基于骨骼的動畫系統(tǒng)。
2.2 輪廓
    圖像輪廓具有圖像的原始信息特征，根據(jù)輪廓建模速度快、失真小。因此,本文在view中選擇image plane載入原始圖像，根據(jù)原始圖像進行建模。輪廓截圖如圖1所示。

2.4 添加骨骼、骨骼綁定
    切換到animate模塊，在skeleton中選擇joint tool添加骨骼。Maya骨架的活動與真實物體是有聯(lián)系的，因此本文根據(jù)人體主骨架的構(gòu)造給模型添加骨骼，即頭骨、手骨、手腕骨和胸骨幾大部分，骨骼添加完成后按Enter鍵進行確定。接下來對模型和骨骼進行綁定，選擇skin下的bind skin對其綁定。添加骨骼并綁定完成，效果如圖3所示。

2.5 動畫初始參數(shù)設(shè)置
    因為動畫最終是以不同的格式并在不同的硬件平臺上播放的，所以在制作動畫開始前，首先需要對動畫的制作和播放參數(shù)進行設(shè)置。單擊動畫時間范圍滑塊最右端的“Maya參數(shù)預(yù)設(shè)”按鈕，彈出設(shè)置窗口，對物體的初始狀態(tài)進行設(shè)定，如圖4所示。

2.6 動畫仿真
    Maya動畫是由幀生成的,通過對模型的x、y、z等屬性設(shè)置關(guān)鍵幀,設(shè)置的參數(shù)屬性會變成紅色。圖5是對人物雙手設(shè)置關(guān)鍵幀的參數(shù)，圖6是動畫截圖。

2.7 結(jié)果分析
    由圖6可以出，女孩的雙手發(fā)生了變化，在Maya的動畫模式下可以明顯地看到女孩雙手擺動的動畫效果，說明仿真結(jié)果是正確的。不過在形狀變化較大處或邊緣處(比如手腕、肩膀)有輕微的分叉，并且還是可以看到女孩的骨骼,同時動畫的效果不是特別逼真。在此基礎(chǔ)上，可以對該模型加以改進，對人物骨架模型提取和對紋理貼圖進行更細致的處理，就可以形成真實感較強的人物模型動畫。這也是要進一步研究的內(nèi)容。
    本文對基于Maya的人物骨骼動畫進行了研究和模擬，對人物手臂揮動動畫過程進行了截圖，給出了實驗結(jié)果和分析。二維動畫具有存儲和計算量小、易于制作及生成動畫逼真等一些優(yōu)勢，Maya骨骼動畫的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在影視動畫和虛擬現(xiàn)實等方面的應(yīng)用十分普遍，這也是目前動畫技術(shù)的一個重要分支。今后Maya動畫在計算機動畫、電影和電視領(lǐng)域?qū)⒋蠓女惒省?br /> 參考文獻
[1] 鐵鐘，高昂，方葉. Maya 8.5從新手到高手[M].北京：清華大學(xué)出版社,2009.
[2] 魯東明,潘云鶴, 陳任.敦煌石窟虛擬重現(xiàn)與壁畫修復(fù)模擬[J]. 測繪學(xué)報, 2002(1):12-16.
[3] AGARWAL A, TRIGGS B. 2006. Recovering 3D human pose from monocular images[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,2006,28(1):44-58.
[4] 吳莉婷，張宇，楊一平，等.深度圖像中基于輪廓曲線和局部區(qū)域特征的三維物體識別[J].中國圖象圖形學(xué)報，2012,17(2):269-546.
[5] 宋玉遠, 張光帥, 張克博.光影與貼圖的藝術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2008.