动漫制作中的引擎设计及应用

2018-01-25阿荣

电子测试 2017年24期

阿荣

（内蒙古电子信息职业技术学院，内蒙古呼和浩特，010010）

0 引言

动漫能够充分展现自己的创意，但是动漫制作的软件的操作性都较强，并且比较复杂，一般人无法在短时间内将自己的创意转换成为动漫作品。研究简单的动漫制作引擎具有重要的现实意义。本文就研究了以OGRE为基础的动漫制作引擎，开发了三维动漫虚拟制作软件。

1 动漫制作引擎设计架构

1.1 动漫引擎架构

本文研究的动漫制作引擎使用OGRE（面向对象的图形渲染引擎）制作动画制作软件，其能够利用自带素材及模板就能够实现三维动漫的制作。用户能够在场景管理模块器中选择自己需要的角色，之后对其进行修改，利用不同剧情及动作对故事情节进行安排，之后通过虚拟摄像模块对拍摄方式进行调整，然后就能够实现虚拟场景的拍摄，从而在短时间内生成动漫短片。本文系统使用模块化进行设计，以下对系统功能进行介绍，图1为动漫制作引擎的设计框架。

图1 动漫制作引擎的设计框架

1.2 动漫引擎的核心

本文设计的动漫引擎主要包括三层，第一层主要包括场景管理器、角色管理器、动画系统和GUI，第二层主要包括文件系统、声音系统、脚本系统及物理系统，第三层主要包括资源管理器、输入输出、渲染系统和网络系统。第一层属于动漫制作引擎中的最高层，其中的场景管理器能够实现动漫场景的模拟，从而实现场景的更新及处理；角色管理器能够实现动漫角色的模拟和创建，使创建的角色能够更加的形象化和个性化；动画系统主要是实现关键帧及骨骼动画的管理，并且还能够实现角色表现力的丰富，使设计的角色动作更加的逼真；GUI能够实现系统和用户两者的交互。第二层中的物理系统使用开源物理引擎，其能够实现不同图形库的支持，并且还能够实现真实对象物理特性的仿真，从而对其进行实施检测，开源物理引擎能够利用C++对程序进行编写，还能够提供更加清晰的接口，所以便于和OGRE两者的相互集成。第三层为系统的最底层，其中的渲染系统属于动漫引擎过程中的主要模块，其主要目的就是实现动漫画面的实时渲染。网络系统属于以UDP网络传输协议为基础的C++网络库，其能够为用户提供相应的编程接口，通过其能够创建套接字连接和传送动漫制作过程中相互交互的素材数据包。

1.3 渲染系统的设计流程

渲染系统的主要功能就是为用户提供三维场景、照明模型、光源、虚拟摄像机及纹理，在屏幕中制作二维图像，其中的场景在屏幕中的位置和形状主要是根据物体自身、相机位置及参数构成的，物体在屏幕中的外观主要是通过物体的材质、纹理、光源和光照模型设置的。如果底层图形绘制API不一样，但是渲染流程及实现功能也是大致相同的，其主要差别就是不同阶段实现的细节不一样。

渲染主要包括三部分，分别为物体层、像素层及顶点层，图形在实际绘制过程中还包括多个子阶段，物体层通过应用程序实现驱动，实现是通过软件进行，比如可见性的判断、碰撞检测、变形动画等。顶点层的实现主要是通过硬件进行，最后阶段为在图形硬件实现顶点层的数据着色，从而成为最后自己设计的图像。

1.4 动漫素材

动漫素材中主要包括角色模型及动画，用户能够在客户端中选择自己需要的动画及模型，并且还能够通过三维软件实现动画及模型的制作。但是因为OGRE中的骨骼数据格式及模型较为特点，不能够对第三方模型进行直接使用，所以就要利用导出工具将第三方的模型转换成为能够支持的格式，比如变形动画、骨骼动画和姿态动画。

1.5 场景管理

场景管理属于动漫制作引擎的核心部分，其能够对场景中的虚拟物品进行管理，使用高层或者底层服务对对象进行操控。场景组织就像是导演，对灯光、场景及服饰进行布置，并且还能够对演员表演进行指挥。场景组织就如同舞台一样，要求配备灯光、服饰、道具、摄像机及演员。本文中引擎的场景组织原理就是实现现实世界的划分，使其成为多个抽象区域，这些区域还能够划分成为多个小空间，不同空间通过场景节点进行管理，每个场景节点中就能够和场景元素相互连接。

2 动漫制作引擎的实现

本文所制作的动漫引擎通过C/S模式结构，三维引擎设计比较复杂，一般都需要多次的修改和完善，并且还会因为策划不断的变动，导致引擎出现一定的变化。所以，就要设计完善并且规范的开发模式。其中MVC设计模式能够实现显示和模式的分离，通过控制器实现流程的控制，满足现代应用系统在开发过程中的需求。MVC设计模式较为完善，并且其属于面向对象设计。

动漫引擎中的实体并不是屏幕中的模型，其主要指的是任何事务，比如虚拟摄像机。虚拟摄像机在我们所在的世界中的主要目的就是寻找角度点，其中的帧能够重复刷新，直到渲染器找到满足视野需求的数据。一般在进行转载时候使用的方法就是将地图场景进行装载，然后实现其他实体的装载。并且为了便于渲染系统及物理系统的相互集成，引擎中大部分的系统都是通过面向对象的语言结构实现，脚本系统通过Python语言进行实现，之后通过插件方式实现扩展，从而不仅方便了后期调整，还能够有效实现功能的升级。