群体动画在计算机三维动画中实现方法的研究
本文选题:群体动画 + 自主智能体 ; 参考:《上海交通大学》2009年硕士论文
【摘要】:计算机三维动画是计算机应用的一个重要领域。随着计算机软硬件技术的迅速发展,三维动画已经应用到人们生活的各个领域,尤其在影视、广告、游戏、多媒体行业得到广泛的应用。其中群体动画越来越受到广泛的关注,成为计算机图形学中的一个热点。目前群体行为的模拟应用非常广泛,包括在电影、游戏、虚拟现实、公共场所人流模拟、防灾、交通规划等许多方面。本文主要关注于艺术创作中群体行为表现的实现方法。 由于控制群体行为的复杂性,群体动画始终是计算机动画中一项具有挑战性的研究工作。在艺术创作中动画主要的创作手段是“关键帧”技术。这种传统方法在模拟智能生命行为时难以具有真实性。尤其当角色数量增加时,模拟角色之间或角色与环境之间互动行为的计算量呈几何增长。而当某些角色动作需要改变时,修改的工作量几乎和重建动画相当。因此动画创作中兼顾艺术表现和真实性同时,探索一个高效率的实现方法,对于群体动画创作具有非常重要的现实意义。 本文对三维动画中群体动画的人工生命方法进行详细的分析,对计算机三维动画中群体动画的结构设计和实现方法进行了深入的研究,并设计与实现了一个基于自主智能体的具有实用价值的群体动画系统。该系统在业界得到广泛应用的高端三维软件Maya平台下运用Maya Mel语言编写完成,能够简单有效地模拟常见的群体动作行为。 本文主要的工作是: 1)设计了一个基于自主智能体的群体动画的制作模型。本文系统地研究了计算机动画中群体动画的实现方法,重点研究总结了群体动画表现的要求和特点,并以艺术创作为出发点,以当前最前沿的群体动画人工生命理论为基础,设计了一个基于自主智能体的群体动画的制作模型。此模型将角色的运动动画分为三个层次:行为选择、行为规划、行为实现。 2)提出了一个适用于模拟多种生物的感知模型。这个感知模型针对艺术创作的特点,简单而高效。仿真角色的感知能力是大规模群体动画创作的重点。针对角色的感知的特性,在研究了生物各种感知能力的基础上,本文设计了一个以视觉感知和触觉感知为重点的感知方法。此算法在尽量真实模拟生物感知能力的同时,减少了角色的潜在感知物体数目,提高了动画运行的效率。 3)提出了一个适用于模拟多种生物行为规划实现方法。在深入研究了Reynolds的Steering行为理论基础上设计了一个动画的行为模型。此模型实现了与动画软件中的粒子系统和动画系统有机的结合,有效的利用了现有资源,保证了动画的真实性。 4)基于本文设计的群体动画创作模型,在Maya平台下,运用MEL语言编写了一个实用的群体动画插件steering studio。此插件可以模拟二维和三维环境下生物的群体行为。具有很高的实用性和操作性。
[Abstract]:Computer 3D animation is an important field of computer application. With the rapid development of computer software and hardware technology, 3D animation has been applied to various fields of people's life, especially in the film, television, advertising, games, multimedia industry has been widely used. Among them, group animation attracts more and more attention and becomes a hot spot in computer graphics. At present, the simulation of group behavior is widely used, including in movies, games, virtual reality, public places, people flow simulation, disaster prevention, traffic planning and many other aspects. This paper focuses on the realization of group behavior in artistic creation. Because of the complexity of controlling group behavior, group animation is always a challenging research work in computer animation. The main creative means of animation in art creation is the key frame technology. This traditional method is difficult to be true when simulating intelligent life behavior. Especially when the number of roles increases, the computational complexity of simulating the interaction between roles or between roles and environments increases geometrically. When certain character actions need to be changed, the amount of modification is almost the same as reanimation. Therefore, it is of great practical significance for group animation creation to explore an efficient way to achieve both artistic expression and authenticity in animation creation. In this paper, the artificial life method of group animation in 3D animation is analyzed in detail, and the structure design and realization method of group animation in computer 3D animation are deeply studied. A group animation system with practical value based on autonomous agent is designed and implemented. The system is written in Maya Mel language on the platform of Maya, which is widely used in the industry. It can simulate the common group action behavior simply and effectively. The main work of this paper is as follows: 1) A group animation model based on autonomous agent is designed. This paper systematically studies the realization method of group animation in computer animation, especially summarizes the requirements and characteristics of group animation, and takes artistic creation as the starting point, based on the current most advanced artificial life theory of group animation. A group animation model based on autonomous agent is designed. The model divides character motion animation into three levels: behavior selection, behavior planning, and behavior implementation. 2) A perception model is proposed to simulate a variety of organisms. This perceptual model is simple and efficient according to the characteristics of artistic creation. The perception ability of simulation characters is the focus of mass animation creation. According to the characteristics of role perception and on the basis of the research of biological perception ability, this paper designs a perceptual method focusing on visual perception and tactile perception. This algorithm not only simulates the ability of biological perception but also reduces the number of potential perceptual objects and improves the efficiency of animation. 3) A method is proposed to implement the simulation of multiple biological behavior planning. Based on the research of Reynolds' steering behavior theory, an animation behavior model is designed. This model realizes the organic combination with the particle system and animation system in the animation software, effectively utilizes the existing resources, and ensures the authenticity of the animation. 4) based on the group animation creation model designed in this paper, under the platform of Maya, A practical group animation plug-in steering studio. based on Mel language is developed. This plug-in can simulate the population behavior of organisms in two-dimensional and three-dimensional environments. It has high practicability and maneuverability.
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP391.41
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,本文编号:2096753
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