蒙皮约束下的动画角色模型分割方法

吴昊霖+艾香君

摘 要：动画角色内数据在反复应用之后，动画制作质量及效率可以显著提升，为人们提供多样化角色类型。按照模型数据应用流程，动画角色存在网格分割问题，笔者提出了蒙皮约束下分割方式，通过蒙皮信息运动有关性，按照动画角色数据进行分割，预分割之后对分割进行调整，从而对切口完善，构建与动画角色相适应的网格部件。

关键词：动画角色；网格分割；蒙皮约束

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2017）20-0119-01

计算机图形学在进行几何处理内，最为重要内容为模型分割技术。模型分割技术是大部分研究工作开展基础条件，例如网格变形、网格压缩、纹理映射。模型分割技术属于共性问题，研究人员在上世纪90年代之后进行了大量分析研究。部件分割应用主要作用构建实体模型，借助现有三维模型，将所需要的部件进行分割，替代正在制作所应用到的模型。三维角色模型在动画角色内应用，可以对角色模型进行分割，建模效率显著提升，可以有效解决角色多元化问题。

一、骨骼与蒙皮预分割策略

（一）子树选择法

动画角色内重要组成部分为骨骼，和三维网格模型相比较，具有十分显著语义特点，在骨骼内属于从属关联，一般应用树木方式表现出来，如图1所示。犀牛骨骼借助立方体线框表现，图一左侧为犀牛骨骼子树，树节点通过bone表示①。

（二）蒙皮权重对选择顶点的影响

蒙皮作为动画技术，是以模型定点骨骼变化之后所受到的影响，模型定点受到骨骼变化约为显著，骨骼蒙皮所受到的约束信息也就越多，关节运动会受到骨骼之间所造成的影响。上腿骨影响内，顶点颜色要是越浅，所受到的蒙皮约束信息越少。

根据骨骼选择顶点结果可以发现，顶点在选择完毕之后，正常情况下，顶点集合内并不包含角色部件，所受到的拓扑条件十分有限，大部分情况下存在孤立线、孤立点及孤立面。不同定点之间或者采取低连通方式，或者是采取桥梁连接。模型网格切割要是具有较多缺口，为后期部件重新在角色内应用就造成严重影响。在这种情况下，就需要对模型网格预分割之后，对不同顶点优化求解，保证骨骼顶点具有充足拓扑约束，同时降低缺口环数量，保证网格划分规则更加圆滑②。

二、拓扑规则及优化目標

（一）拓扑约束

模型网格预分割处理之后，顶点可以有效集合，按照顶点三维网格集合可知，网格必须具有角色部件所应该遵守的拓扑规则。模型网格全部顶点在连接之后，任何一个顶点都属于三面顶点，模型虽然不是完全封闭，但是只有一个缺口环。

三维网格要是为全封闭，任何顶点都应该具有两个平面，进而在预分割处理之后，三维网格内会出现只具有一个平面或者是没有平面顶点，造成网格分离。所以，这就需要对模型网格内所存在的缺口进行了解，要是缺口属于连接幻环状，切口就与拓扑要求相吻合。

蒙皮信息具有连续性特征，正常情况下，环状切口在向外延伸之后，会出现少量点集，或者是产生多余缺口换。在这种情况下，缺口顶点及边在转变之后，可以通过计算方式对该问题解决，主要作用是减少多余点集数目，同时对缺口环进行修补。在进行计算内，主要采取连通集算法及检测桥算法。在进行切割内，所产生的缺口相对较小，进而不会出现孤岛情况，计算也十分简单③。

（二）优化目标

犀牛节点在经过规则处理之后，犀牛右后腿网格结构有效完善。在犀牛关联网格内，可以发现犀牛平面内存在十分显著凸起或者是凹陷问题，对犀牛平面边缘平滑造成严重影响。随机选择三个顶点对平面凹度分析，主要具有三种情况进行调整：

首先，凹度要是小于180度，顶点构建三角形，平面凸起，通过去除其中一个顶点，就可以有效对该问题解决；其次，凹度要是小于180度，顶点并未构成三角形，属于平面凹陷，通过连接两个顶点，就可以有效对该问题解决；最后，凹度要是大于180度，顶点并未构成三角形，可以通过对顶点分析之后连接全新三角形，判断平面是否为凸起④。

三、结论

按照蒙皮信息预分割处理之后，然后在借助拓扑进行判断，对切口进行优化，保证三维网格模型与角色部件相吻合。该种方法现阶段在游戏公司动画角色部件内广泛应用，但是由于蒙皮制作还存在一定问题，需要进一步完善。

注释：

①储晓丽，李琳，谭剑波.面向3D打印机的活动关节快速生成方法[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2014，06：679-682+768.

②李琳，陶涛，刘晓平.层次结构导向下的动画角色模型分割与标记[J].中国图象图形学报，2014，06：955-963.

③赵智，戴祯杰.基于虚拟现实技术VT的角色模型与动画的导出和导入方法[J].大学教育，2014，18：108-109.

④潘翔，童伟淮，张三元，郑河荣.结合语义本体与泊松方程的动画角色模型分割[J].浙江大学学报（工学版），2015，09：1634-1641.endprint