摘 要: 為了對二維圖像實現人物動畫，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。
關鍵詞: Maya動畫; 輪廓提取; 骨骼綁定; 人物動畫
隨著生物學、光學和圖形圖像學等科技不斷發展壯大，逐漸形成了現在的動畫行業。近幾年動畫行業突飛猛進，使得不少人加入到動畫這個行業中[1]?？梢院苋菀卓闯?，動畫的發展與同時代的科學技術的發展是息息相關的。
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。只有將這兩種技術結合起來，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、油畫等經典畫作中的人物在原先的背景狀態下實現動畫。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。實驗結果表明，通過該方法能夠讓圖片中的人物數字化，并且能夠讓人物做出一些較為簡單的動作，展現人物的行為動作，感受人物運動狀態。
1 Maya動畫
Maya是目前世界上最為優秀的動畫制作軟件之一,它被廣泛應用于電影、電視、廣告、計算機游戲和電視游戲的數位特效創作中。自Maya問世以來，已經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的應用領域主要包括：平面圖形可視化、網站資源開發、電影特技和游戲設計與開發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)動力學動畫，可以在模擬自然物理現象中完美地運用；(4)表達式動畫，這是需要專業的Mel編程基礎的動畫；(5)屬性驅動動畫，這種動畫比較獨特，靠物體之間屬性相關聯來間接驅動物體運動，通常用在角色骨骼綁定過程中。
2 動畫仿真和結果分析
2.1 動畫系統選擇
首先,選擇是基于網格的還是基于骨骼的動畫系統[3]。 在基于網格的動畫系統中，對于每一個動畫幀，需要定義模型網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，那么就需要在內存中存儲300個頂點位置的數據，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，在骨骼動畫系統中，網格是由骨架組成的骨骼。網格頂點和骨架本身相關，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改變，只需使骨骼運動即可。很明顯，它極大地節省了內存空間。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點是能夠定義權重值，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動畫，且只需要更少的內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。
2.2 輪廓
圖像輪廓具有圖像的原始信息特征，根據輪廓建模速度快、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系的，因此本文根據人體主骨架的構造給模型添加骨骼，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 動畫初始參數設置
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進行設置。單擊動畫時間范圍滑塊最右端的“Maya參數預設”按鈕，彈出設置窗口，對物體的初始狀態進行設定，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等屬性設置關鍵幀,設置的參數屬性會變成紅色。圖5是對人物雙手設置關鍵幀的參數，圖6是動畫截圖。
2.7 結果分析
由圖6可以出，女孩的雙手發生了變化，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勢，Maya骨骼動畫的應用相當廣泛，在影視動畫和虛擬現實等方面的應用十分普遍，這也是目前動畫技術的一個重要分支。今后Maya動畫在計算機動畫、電影和電視領域將大放異彩。
參考文獻
[1] 鐵鐘，高昂，方葉. Maya 8.5從新手到高手[M].北京：清華大學出版社,2009.
[2] 魯東明,潘云鶴, 陳任.敦煌石窟虛擬重現與壁畫修復模擬[J]. 測繪學報, 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域特征的三維物體識別[J].中國圖象圖形學報，2012,17(2):269-546.
[5] 宋玉遠, 張光帥, 張克博.光影與貼圖的藝術[M].北京：清華大學出版社,2008.