计算机动画技术6变形动画技术

一个时钟在两个不同透视视域的Morphing过程 中间形状通过线性插值时钟在不同视域的同一点得到
常用图像Morphing方法
视域Morphing：
通过采用现有的图像Morphing技术为中间步骤； 模拟给定图像在相应三维空间的视点变化； 同时插值几何、颜色和视点，产生类似三维的效果；
常用图像Morphing方法
颜色插值
常用图像Morphing方法
基于网格的图像Morphing方法：
控制点的移动定义了样条扭曲函数； 利用样条函数生成光滑的矢量变换场；
常用图像Morphing方法 基于网格的图像Morphing方法：
常用图像Morphing方法
基于线对的图像Morphing方法
基于网格的特征指定方法使用起来不方便； 用线对Morphing进行直观的控制； 两幅图像之间的变换可以用一对直线来指定：
2
1
2
1
PA
PB
3
3
0
0
二维多边形形状渐变
内在形状插值法：
多边形通过乌龟几何来定义；
即通过顶点处的边长和有向角来定义；
例如：以某一点为起点，向东往前走10米，往 左拐45º，继续向前走6米，往右拐30º，…最后 得到一个多边形；
0
30º
3
1
45º
2
二维多边形形状渐变
内在形状插值法：
计算多边形的边长和有向顶点角，得到多边形的 内在定义 : {0,L0,(i,Li)im 1}
问题可以分为两部分：
顶点的对应关系问题； 顶点的插值问题；
二维多边形形状渐变
线性插值：
设两个关键帧多边形的顶点 为PAi和PBi (i = 0,1,2…n-1)；
设置顶点对应关系； PAi → PBi通过线性插值计算
路径： Pi=(1-t)PAi+tPBi
带来收缩和扭结现象，尤其 对于刚体旋转；
➢ 在一副图像淡出的同时淡入另一幅图像；
二维粒子系统技术：
➢ 移动第一幅图像的像素块，使其逐渐解体，然后重 建成第二幅图像；
二维图像Morphing技术
图像交融技术：
从图像处理角度，交融技术实际上是图像之间 的线性插值；
两次曝光的效果明显；
image #1
交融
image #2
二维图像Morphing技术
常用图像Morphing方法
图像Morphing中的过渡控制
用非线性函数来决定图像扭曲和颜色插值的速度； 加速了源图像中鼻子部分的变形速度；
常用图像Morphing方法 视域Morphing：
图像Morphing的视觉效果令人惊讶； 但不能保证得到的结果是自然的； 在于其没有考虑视点的变化；
图像Morphing过程：
为了实现两幅二维图像IS和ID的Morphing过程； 首先基于简单的几何元素建立图像特征之间的对应关
系；
然后由对应关系计算出Morphing所需的几何变换； 满射C0：IS→ID，满射C1：ID→IS；
源图像
扭曲变形
与目标图像具有相同形状的源图像
目标图像
扭曲变形
与源图像具有相同形状的目标图像
➢ 源和目标中各自定义一条有向直线段；
常用图像Morphing方法
基于线对的图像 Morphing方法
对于目标图像中任何 一点X，计算u，v和X' 的值；
把源图像在X'处的颜 色值赋给目标图像的X 像素；
一对直线之间的变换 实际上是一个由旋转、 平移和比例变换复合 成的变换；
常用图像Morphing方法
基于线对的图像Morphing方法
存在多对直线进行变换； 对于目标图像中的点X，对于每对直线，都有一个与它
对应的X‘； 求偏移量的平均值；
基于线对方 法的优点是 方便、直观 ，缺点是有 可能生成一 些意料之外 的图像
常用图像Morphing方法
图像Morphing中的过渡控制
中间帧图像各部分之间的过渡速度相同；
二维多边形形状渐变； 二维图像Morphing技术； 三维Morphing技术； 整体和局部变形方法； 自由变形方法FFD； 其他变形方法；
二维多边形形状渐变
二维动画：
给定初始和最终的形状—关键帧形状； 求从初始形状光滑过渡到最终形状的中间形状； 二维形状的自然渐变（shape morphing）；
把一幅数字图像以一种自然流畅的、戏剧性的、 超现实主义的方式变换到另一幅数字图像；
达到特殊视觉效果的有效方法； 二维图像的渐变会产生三维形状改变的错觉；
二维图像Morphing技术
传统的图像Morphing技术：
巧妙的剪辑； Stop-Motion动画法； 交融技术，或称为淡入淡出技术：
三维Morphing技术
三维Morphing技术： 给定两个物体的顶点数和拓扑结构都相同； 对顶点进行插值便可实现三维Morphing；
视域Morphing：
所需信息：
➢ 同一三维物体或场景在两个不同视点的投影图像； ➢ 两个视点的投影矩阵； ➢ 两幅图像像素之间的对应关系；
三维Morphing技术
三维Morphing技术：
将一个三维物体光滑连续地变换为另一个三维物体； 包含三维几何信息； 能生成更逼真和生动的特技效果； 三维Morphing得到的中间帧是物体的模型而不是图像；
0 (1 t ) A0 t B0 i (1 t ) Ai t Bi Li (1 t ) LAi tLBi
得到的最终多边形通常是不封闭的，但很接近； 一定程度上避免收缩和扭结现象； 但不能处理曲线形状； 计算短边的方向不稳定； 二维图像Morphing技术
二维图像Morphing技术：
0 (x ,P0,P1) i ( P i1 , P i, P i1 )
L i P i1 P i
P2
θ1 L1 P1
P... Pn-2
L0
α0
P0=Pn
Ln-2 θn-2 x
θn-1
Pn-1
二维多边形形状渐变
内在形状插值法：
给定两个关键帧多边形A和B，中间帧可以通过对内 在参数的插值得出：
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变形动画技术
空间变形(deformation):
将单个几何对象的形状作某种扭曲、变形，使 它变换到所需的形状。
几何对象的拓扑关系一般保持不变； 更具有某种随意性，也常称为自由变形（free
form deformation）； 与物体表示有关的变形和无关的变形；
变形动画技术