运用3D技术生成二维手绘风格角色动画技术分析

摘要：我们在这篇论文当中描述了一个可以自动生成卡通风格动画角色着色技术，我们的方法需要我们制定shader，并使其根据模型形体自动辨别边界并进行着色处理。我们解决了具体的问题包括 卡通模型技术，法线贴图技术以及动态光影生成技术，结果直观而简单。 关键词：日式动画风格；非真实感渲染；赛璐珞着色法 一、概述 由于传统的手工上色耗费大量的时间以及成本，数字化的无纸动画上色也仅仅是将制作过程变成手工计算机上色，仍然需要耗费大量的人工时间以及成本。对于这种情况我们希望能够出现一种技术可以减少这种劳动密集型的上色修型作业，提高效率，同时进一步改善并统一动画图形品质，减少项目的运作风险。 文介绍了一种卡通动画渲染技术，使得上色过程自动化，如图1左边我们对角色进行数字化建模的过程，运用我们的算法使得三维角色拥有和二维角色近乎一样的视觉特征。

图1：从我们使用数字动画软件对二维角色进行数字模型化，我们运用抽象的渲染风格技术进行渲染，会让人联想到是卡通手绘的角色 在该技术研究中我们采用较为成熟的日式卡通风格，来作为衡量我们技术实用性，通过我们制定shader以及数字模型来生成日式卡通二维效果，同时我们还可以访问以及修改shader的参数，例如颜色，高光特性，对比关系，等参数控制最终的渲染结果。同时我们改进相关的流程使得流程高效易用，并能很好的适用于实际的商业动画项目中。 二、相关工作 1.建立角色模型。 我们通过建立三维几何体描述需要生成图形的造型形象。对我们来说具体使用哪一种建模方法并不重要，因为渲染算法本身是通用的，运用不同的算法我们可以计算真实感图形以及非真实感图形的计算。我们知道我们一般所制作的数字模型都是依据真实的光照标准来制作的。这种数学模型称为光照模型，这种模型可以用描述物体表面光强度的物理公式推导出来。给予计算机生成的图形最基本的真实性。但是三维数字卡通形象都是以非真实效果存在的，这就需要我们按照卡通渲染算法对光照模型的进行适当修改，已满足最终渲染效果的需要。所谓卡通渲染的基本元素，就是“轮廓线和较统一的着色”。依据卡通图形的基本特征我们将从着色以和勾线这两方面来解决问题。 2.着色处理 给三维角色着色处理，需要我们考虑两个方面。一个是物体本身的颜色纹理，二是环境光照情况。而且对于日式卡通渲染图形来说，重点是在颜色光与影的变化，对纹理的要求比较少见。因此，对于我们卡通角色着色的讨论主要集在光照颜色和阴影颜色上。通常情况，当光线照在物体上的时候，物体的颜色会依据光照强度的衰减出现平滑的明暗变化，这会让物体看起来更为真实，而我们卡通渲染则需要离散这种光照，使得光与影能够明显的区分出来，且参数可以随意控制光和影的色值，简单的做法就是给光照强度限制范围 也就是我们常说的非线性光照（如图3 B），非线性光照是卡通渲染的重要特征。 图3 非线性光照使图像区别于真实感图像所存在平滑过渡效果，这会让我们很容易想到的一种解决方法是直接采用纹理贴图，但是这种静纹理贴图局限性比较多，如不能够根据光照变化而产生变化，在很多地方会限制效果的发挥，大部分时候需要光影动态计算方式，使得整体画面视觉效果统一。 3.勾线 运用3D技术来为三维角色生成理想的轮廓线，是我们研究的重点，基本的要求是用黑色像素沿着物体的轮廓和边缘进行填色 当视角点改变时，轮廓线也跟随改变正确的渲染和计算。 下面是我提出的模拟手绘渲染边线的解决办法。