动画自动生成技术是由中科院数学所陆汝钤院士所提出的全过程动画自动制作过程。该技术基于对故事的理解,并由计算机辅助完成动画生成。2008年,中科院张松懋研究员提出了基于该技术的手机3D动画自动生成系统的构想,将短信自然文本内容转化为动画形式进行传输。目前该系统已顺利运行且基本达到预期效果,能够根据短信内容构建多样的情节并添加相应的模型、灯光、特效等,但系统并未针对表情进行研究,而表情是动画中必不可少的一个因素,为此本文提出以手机动画自动生成系统为背景,对人物表情动画的实现进行探索研究。本文的工作主要包括两个方面:第一,设计并构建了表情本体库。表情本体库包括表情类和运动单元类,其中表情类包含情绪类和非情绪类两大子类,前者以Plutchik提出的情感轮模型为基础,将情绪分为八类,且分别包含不同强度的情绪类型,后者则包括常见面部活动类型。运动单元类选择眉、眼、嘴三个部位作为表情构成单元,以Paul Ekman提出的面部编码系统中的运动单元(Action Unit,AU)为依据,对各部位运动方式进行分类。通过分析表情对应的各部位AU类型建立表情类与运动单元类的联系。系统中与表情相关的因素包括主题、模板、动作类型,从而建立对象属性并利用公理描述表情类与相关类之间的关系。据我们调研,这是首个面向动画角色表情的本体库,共包含60个类,5个对象属性,91个实例,96个公理,能够对26个主题、69个模板进行相应的表情规划。第二,设计并实现了基于表情本体库的表情定性规划并完成了表情动画的定量计算。定性规划过程主要通过以主题为主、以动作类型为辅、模板次之的顺序,根据短信内容确定出表情的个数、类型以及运动单元组合情况等。定量计算部分依托于融合变形技术以及关键帧动画技术,主要包括利用融合变形技术制作模型基本表情、建立面部控制器、控制器参数计算及关键帧设置三部分其中控制器参数计算及关键帧设置部分针对混合控制器类型、不同强度控制类型以及复合功能控制器类型等做出处理,实现了表情自动平稳过渡。本文对开放的中文自然语言短信进行实验,并从可行性、多样性和观赏性三个方面进行了实验评估。通过对800条短信进行实验得到的人物表情成功规划率为95.02%,说明本文方法具有一定的可行性。而通过统计不同主题或模板所对应的短信规划结果以及同一条短信重复30次测试得到的结果看出,我们的表情动画种类比较丰富,多样性规划率基本在70%左右。最后通过对20个短信生成动画设计问卷调查并统计结果,发现各项指标分值均能达到中上水平的问卷占比达到72.55%,说明我们的动画效果能够符合观众观赏需求。本文首次在手机3D动画系统中提出并实现了表情的自动生成,使得人物表情能够匹配人物动作、表达短信内容、并增强动画生动性。进一步的工作包括扩充表情本体库,尝试将有标记的行为驱动方法加入到现有的动画定量实现过程,从而得到更为逼真的面部表情动画。