CAT三维角色运动循环自动生成系统的应用

CAT三维角色运动循环自动生成系统的应用探讨□吕鑫
【摘要】CAT的程序运动循环生成系统，可轻松实现三维角色循环运动的基本动画，这使得没有角色动画制作经验的人员也可以轻松作出满意的角色动画，利用其参数调节可以变化出丰富的角色动作，对于影视动画、游戏、建筑表现、虚拟现实等领域的角色设计工作有极大的应用价值。

【关键词】CAT；CATMotion；角色动画
【作者简介】吕鑫（1977 ），男，河南安阳人；安阳师范学院讲师；研究方向：计算机动画
一、引言
角色动画在三维动画制作中一直是个难点，在各大三维软件中，角色动画的解决方案很多，但对于非专业人员来说，快速掌握具有一定难度。

比如在建筑巡游、虚拟现实等项目制作中，需要大量的角色行走动画，而制作者为了实现这一效果不得不掌握繁多的动画制作工具和知识，且制作效率并不高。

3Ds Max中的Character Animation Toolkit（简称CAT）很好的解决了此问题。

比较而言，CAT更为先进、高效和灵活。

它具有角色绑定、非线性动画、动画分层、运动捕捉导入和肌肉模拟等功能，还提供了强大的骨骼库，拥有众多不同种类的骨骼预设，还可以自定义生物骨骼，极大地拓展了自带骨骼的可用范围。

二、程序运动循环生成系统
CAT中最引人注目的部分当属CATMotion模块，即CAT 的程序运动循环生成系统。

通过使用基于图形的CATMotion 编辑器，可以生成并调节角色动画，沿着自定义路径轻松设置角色动画而不会产生脚步滑动错误，即使是在不平坦的表面上移动时也可以轻松完成。

CATMotion提供了更为灵活的动画调节方式，通过调整角色躯干部位的参数来实时修改生成动作，这些参数包括“扭曲”、“滚动”、“上下倾斜”、“抬起”和“推力”。

通过这些参数可以产生更丰富且富有个性的角色运动。

使用这套系统可以轻松实现模拟角色行走、跑步等基本的动作动画。

在此之前，其他插件存在各种问题，如角色滑步、不能直接使用、不可再编辑等，而使用CATMotion创建出的动画自然逼真，可直接应用于项目中，极大提高了制作效率。

CATMotion模块里预设了两足、多足角色走、跑动作，并且具备很大的可调节性，可以演变出成千上万种不同的走路、奔跑姿势。

更为方便的是，可以将CATMotion设置保存为预设，将其应用于具有相同配置的任何绑定角色上加载。

可以同时加载多个预设，然后通过设置动画权重将其彼此混合在一起，混合时也不会出现滑动足迹。

三、CATMotion控制器
动画的调节是建立在骨架和模型绑定的基础上的。

CAT 骨架可以赋予所有的3Ds Max动画控制器，这意味着可以对每个关键帧做全面的控制。

再配合CAT的Layer Manager层管理器，可轻松实现层叠动画（layering animation）并对现有动画进行非破坏性地调整。

这包括参数调整的动画动作以及动作捕捉动画。

CATMotion的工作方式是将绑定的运动分解为各个组件部分或控制器。

每个组件可以通过参数进行控制，通常是通过编辑一个四点曲线（见图1）。

所有参数都可制作动画，并为参数指定任何类型的标准动画控制器。

同时，CATMotion 的层次也反映了绑定的结构，CAT具有5个基本的绑定元素：腿、手臂、脊椎、尾部、附加骨骼，它们定义了CATMotion中的可用控件。

在实践中，CATMotion预设生成的动作已经很流畅，但对于高要求项目来说缺乏个性。

解决此问题，可逐项调节CATMotion控制器中的参数来丰富细节。

在控制器中，罗列出CATMotion Presets、全局、LimbPhases、Pelbis组、Ribcage组、Head组几个重要肢体部分的参数（见图1），每个项目中都包含了扭曲、旋转、抬起、推力几个参数的设置。

通过细节参数的调节就可以演变出千变万化的角色动作。

每个CATMotion控制器的输出是不同因子的组合。

根据不同的角色部位，参数所指的含义也不同。

例如，FootPlat-form中的“抬起”参数，是以下内容的组合：最大步数时间、最大步幅长度、路径节点的速度以及分配给脚部平台的所有单个控制器的值。

图1CATMotion
控制器图2对比调节前后的姿态
四、实例应用
如前所说，使用CATMotion控制器以及动画层相结合来制作富有个性的角色行走动画是十分高效的。

我们可以
·
17
·
凯时联合阿魏酸钠治疗糖尿病足的临床观察
□王冀芷张莉莉
【摘要】目的：观察凯时联合阿魏酸钠对糖尿病足的治疗效果。

方法：选择30例糖尿病足患者随机分为两组，对照组应用常规抗生素治疗，治疗组在常规抗生素治疗基础上应用凯时联合阿魏酸钠治疗，疗程两周。

观察两组治疗前后溃疡面外观、腓总神经传导速度、足背动脉血流速度的变化。

结果：凯时联合阿魏酸钠组治疗有效率为87．5%，对照组治疗有效率为78．6%；治疗后凯时联合阿魏酸钠组溃疡面外观、腓总神经传导速度、足背动脉血流速度等指标均优于对照组，差异有统计学意义。

结论：常规抗生素治疗基础上加用凯时联合阿魏酸钠对糖尿病足的治疗效果更显著。

【关键词】凯时；阿魏酸钠；糖尿病足
【作者单位】王冀芷，河北保定徐水县医院；张莉莉，河北大学护理学院
糖尿病患者由于高血黏滞性等导致微血管内皮细胞和基底膜破坏，血管通透性增加，血浆外渗，局部组织间张力过大，物质交换受阻，细胞膜上钠泵功能随之失常。

胰岛素介导的葡萄糖、氨基酸转运受阻，加之线粒体内酶数量减少、功能下降，细胞内物质代谢终止，溶酶体破裂，细胞自溶。

同时，由于内皮索大量释放，导致血管痉挛，管腔闭塞，加重局部组织软化坏死，最终形成溃疡甚至坏疽，其中最严重、最可怕的并发症之一即糖尿病足。

凯时是溶解在大豆油中PGE1（前列腺素E1）脂微球载体制剂，它可以特异地在病变部位聚集，发挥扩血管作用，还可抑制血小板聚集，改善微循环。

阿魏酸钠是血栓素A2抑制剂，具有较好的抗血栓作用。

在严格控制血糖、防治感染的同时，我们采用凯时联合阿魏酸钠治疗糖尿病足，取得了较好的疗效，现总结如下。

一、资料与方法
（一）病例选取。

将30例患者分为治疗组与观察组。

其中治疗组16例，男10例，女6例；年龄42 78岁，平均（51．5ʃ4．2）岁；糖尿病病程2 15年，平均（8ʃ2．1）年；糖尿病足病程1 6年，平均（3．2ʃ0．8）年；空腹血糖（12．2ʃ5．3）mmol/L，餐后2h血糖（19．5ʃ6．4）mmol/L，糖化血红蛋白（12．5ʃ1．8）%；糖尿病足按Wagner分级：I级（浅表溃疡）4例，Ⅱ级（较深溃疡，但无脓肿，常继发有感染）6例，Ⅲ级（较深溃疡，脓肿形成，骨受累及）4例，Ⅳ级（局部坏疽，如趾或前足）2例。

对照组14例，男9例，女5例；年龄43 78岁，平均（51．3ʃ3．9）岁；糖尿病病程2 16年，平均（8ʃ1．7）年；糖尿病足病程2 7年，平均（2．9ʃ1．1）年；空腹血糖（13．0ʃ4．9）mmol/L，餐后2h血糖（19．4ʃ6．3）mmol/L。

利用众多控制器去重定位和调节参数来设置动画。

首先创建好CAT骨骼，选中骨骼底部的Parent，在运动面板上选择Layer Manager＞Add Layer，创建运动层（CATMo-tion Layer），此时CAT会自动加载CATMotion预设，在此基础上可以快速的创建一个新的动作。

选中Parent，单击Layer Manager＞CATMotion Editor打开CATMotion的调节面板。

选择PelvisGroup＞Ppelvis＞roll选项，Sacle值为220．5，使角色的胯部扭转更明显，从而塑造一个更具女性特色走路姿态。

Roll项增大Sacle值至224．6，Twist项下适当增大Sacle值以辅助修饰动作细节。

从图片（见图2）中我们可以看到两组姿态有明显差别，这就是CAT提供给用户的灵活的再调节功能。

我们再结合layer Manager中的层，来增加更丰富的细节。

选中Parent，选择Layer Manager＞Add Layer添加局部调整层，主要调节手部的姿态。

在25帧时，启用自动记录关键帧方式，调节手部动作至腰间。

31帧时，将手抬至脸颊处，在31至40帧处调节撩头发的动作。

等到细节动作调节完成，就实现了一个姑娘边走路边撩头发的动作。

根据需要，可以随时再回到CATMotion调节面板里再进行调节。

五、结语
CAT自诞生之初就备受瞩目，随后不断更新改进，为我们的创作提供了更广阔的空间。

它改变了创建复杂的多足动画和由程序生成角色运动的方式。

将CAT加入到项目流程中无疑是带来了巨大的便利。

它可以让非专业人员从晦涩难懂的动画理论和技术中解放出来，极大的提高了制作效率。

对于影视、建筑、游戏、虚拟可视化等领域的角色动作设计工作有很大的应用价值。

【参考文献】
1．3ds Max印象：角色骨骼绑定技法［M］．北京：人民邮电出版社，2010
2．火星时代，Autodesk3ds Max2012标准培训教材［M］．北京：人民邮电出版社，2012
3．邱秉常．角色动画———CAT和Bone por［J］．电视字幕·特技与动画，2004
·
27
·。