随着电影、游戏等娱乐产业的快速发展,计算机动画技术得到了长足的进步;其中,善于表现角色行为的骨骼皮肤动画技术作为目前应用最广泛的角色动画技术在科研和产业界一直是关注和研究的热点。骨骼皮肤绑定技术又称为骨骼域变形技术(SSD)、蒙皮技术等,是骨骼皮肤动画的重要组成部分,决定着最后动画效果的真实感。 本论文从两个方面对骨骼皮肤绑定技术进行研究:第一个方面是对骨骼皮肤绑定过程的研究——即用运动(骨骼来承载)驱动皮肤产生动画的详细过程;第二个方面是对骨骼皮肤绑定算法的研究——即在绑定过程中如何更新皮肤点的位置的方法。 绑定过程和实践结合的比较紧密,通过借鉴相关软件的操作流程,提出并实现了一套完整的骨骼皮肤绑定过程:包括骨骼皮肤数据匹配、对应关系设定和权值计算、动画生成、效果检测四个阶段,并对其中每一个阶段的动机和意义进行分析,解决了目前使用方法中的缺陷,提高了绑定效率。 绑定算法的发展经过了从刚性绑定到以点绑定(Vertex Blending)为代表的柔性绑定再到以骨骼绑定(Bones Blending)为代表的柔性绑定三个主要的阶段,随着绑定效果的提高,计算复杂度也相应增大,这样新的算法就不易广泛使用。 在实现了上述各个阶段代表性算法的基础上,延续了骨骼绑定算法的思想并提出以空间复杂度换取时间复杂度的方法,改进了其时间复杂度高的缺点。通过建立四元数索引表和四元数插值表,将实时的四元数的球面线性插值计算转化为量化计算,经过与其他改进算法的比较(使用四元数的线性插值代替四元数球面线性插值),在降低时间复杂度的同时,减小了引入的误差:另外,通过结合刚性绑定算法,结合小角度的四元数线性插值算法,提出了一种综合绑定算法,在操作、计算等许多方面都更加简单。 进行理论研究的同时,还制作了相应的骨骼皮肤动画系统,系统中不仅实现了文章中提出的绑定流程和最新的绑定算法,还生成并输出了角色动画,为后续研究做了铺垫;并且,为了配合其他系统的使用,设计了文件操作接口和渲染接口的动态链接库作为公共调用接口。