手机3D动画系统中粒子特效的自动生成

发布时间：2017-08-12 03:30

  本文关键词：手机3D动画系统中粒子特效的自动生成

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【摘要】：3D动画发展较为迅猛,但其复杂的制作流程影响动画的生产效率。上世纪90年代,中科院陆汝钤院士提出一种全新的动画生产技术—全过程计算机辅助自动生成动画技术。它将人工智能技术与动画艺术创造性的融合,以计算机图形学为支撑,运用人工智能技术实现动画的创作。随着智能手机的普及,2008年,中科院张松懋研究员提出将全过程计算机辅助自动生成动画技术应用到手机短信上,并带领课题组成员设计并实现了手机短信动画自动生成系统。该系统根据发送方短信的具体内容自动生成相应的3D动画并反馈给发送方。系统主要由短信接收、信息抽取、定性规划、定量实现和动画渲染五部分组成。计算机图形学中,粒子系统是构建模糊的、不规则物体的建模方法。粒子特效是粒子系统模拟自然界景象的效果,如风、雨、雾、火等。手机短信动画自动生成系统缺少表现常见天气现象的功能,本文在系统中首次实现粒子特效的全过程的自动生成,弥补系统无法表示天气等现象的不足,并探索尝试借助粒子特效表示人物情绪。粒子特效自动生成系统是基于手机动画自动生成技术实现的,主要由两部分组成,粒子特效的定性规划和定量计算。本文的主要工作如下:第一,首次实现全过程粒子特效的自动生成,主要包括定性规划和定量计算两大部分。定性规划是以短信内容为基础,根据信息抽取得到的模板和主题,依托粒子特效知识库,通过规则推导的方式,生成描述粒子特效的信息;定量计算部分实现场景中粒子特效的自动添加,包括创建粒子发射面,计算动画场景的大小和计算粒子发射率等。第二,粒子特效知识库的设计。全过程粒子特效的自动生成是基于知识库实现的,为此我们设计了粒子特效知识库,包括本体库和规则库,它们是两种不同的知识表达形式。粒子特效本体库采用语义网技术构建。粒子特效主要从两个方面来表现短信内容,一是表现短信中提到的自然现象;二是表现人物情绪,因此设计了常见的自然现象类和人物情绪类,定义类的对象属性和数据属性,创建类的实例,并通过属性将粒子特效类与本体库中的模板和主题类关联起来。进一步又建立粒子特效规则库,使用语义网规则语言SWRL来实现,规则能够推导出短信中的自然现象和人物情绪。设计三种实验对粒子特效自动生成系统进行评估。从2015年3月10日到2016年1月30日,共测试短信1031条。与粒子特效有关的短信385条,成功添加粒子特效的326条,占84.68%,验证了粒子特效自动生成系统的可行性;选取50条短信,每一条短信运行10次,其中粒子效果超过6种的有37条短信,占74%,验证了粒子效果的多样性;从成功添加粒子特效的326条短信中随机选取100条,以调查问卷的形式对动画效果进行评估,平均得分是7.1,验证了动画的观赏性。本文首次在手机3D动画自动生成系统中设计并实现粒子特效的自动生成,使系统能够表现常见的天气现象,还能够实现多种粒子效果的叠加,并通过粒子特效表现人物情绪。进一步的工作包括对现有的粒子特效知识库进行扩充,并丰富人物情绪的表现方法。
【关键词】：动画自动生成 粒子特效 手机动画 知识库 本体库
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP317.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-14
• 1.1.1 三维动画的发展11-12
• 1.1.2 全过程计算机辅助动画自动生成技术12-13
• 1.1.3 手机短信 3D动画自动生成技术13-14
• 1.2 粒子系统概述14-16
• 1.2.1 计算机图形学的发展14
• 1.2.2 粒子系统的产生与发展14-16
• 1.2.3 面向手机 3D动画粒子特效自动生成的研究现状16
• 1.3 本文研究工作16-17
• 1.4 本文结构17-19
• 第2章 粒子特效自动生成系统19-27
• 2.1 手机 3D动画自动生成系统介绍19-20
• 2.2 粒子特效自动生成系统设计思路20-25
• 2.3 本章小结25-27
• 第3章 粒子特效的定性规划27-37
• 3.1 粒子特效本体库的设计与实现27-33
• 3.1.1 自然现象本体库27-31
• 3.1.2 情绪本体库31-33
• 3.2 粒子特效规则库的设计与实现33-34
• 3.3 基于知识库的粒子特效定性规划实现34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 粒子特效的定量计算37-49
• 4.1 Maya粒子系统介绍37-41
• 4.1.1 Maya主要参数介绍37-40
• 4.1.2 Maya API及MEL介绍40-41
• 4.2 粒子特效的设计41-47
• 4.2.1 粒子特效定性信息与Maya属性的关系41-42
• 4.2.2 粒子特效发射面计算42-43
• 4.2.3 粒子特效发射率计算43-44
• 4.2.4 粒子运动路径设计44-47
• 4.3 粒子特效实现47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 粒子特效自动生成实验49-65
• 5.1 测试环境与流程49-52
• 5.1.1 测试环境49
• 5.1.2 测试流程49-52
• 5.2 粒子特效系统可行性实验52-57
• 5.3 粒子效果多样性实验57-59
• 5.4 粒子特效观赏性实验59-62
• 5.5 本章小结62-65
• 结论65-69
• 参考文献69-71
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文71-73
• 致谢73

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本文编号：659581