CN101473351A - 肌肉与骨骼形状蒙皮 - Google Patents

Abstract

一种用于在动画中使用的方法，包括建立具有多个骨头和附着到所述骨头的肌肉的模型(102)，当模型处于第一姿势时将皮肤绑定到肌肉，皮肤的每个顶点附着在肌肉上的第一附着点处(104)，将模型变形为第二姿势(106)以及为第二姿势中的皮肤的每个顶点选择第二附着点(108)。一种存储介质，存储用于使得基于处理器的***(700)执行这些步骤的计算机程序，以及一种用于在动画中使用的***(700)，包括配置为执行这些步骤的处理***。

Description

肌肉与骨骼形状蒙皮

相关申请的交叉引用

本申请是2006年11月16日申请的美国专利申请第11/560788号“MUSCULO-SKELETAL SHAPE SKINNING”(肌肉与骨骼形状蒙皮)的继续申请，所述申请要求2006年5月19日申请的美国临时专利申请第60/802206号“MUSCULO-SKELETAL SHAPE SKINNING”的权益，通过引用所述两个申请将两者的全部公开内容全部结合于此。

本申请还要求2006年5月19日申请的美国临时专利申请第60/802206号“MUSCULO-SKLETAL SHAPE SKINNING”的优先权和权益，通过引用将其全部公开内容全部结合于此。

技术领域

本发明一般涉及计算机动画，并且更具体地涉及在计算机动画中使用的蒙皮技术。

背景技术

计算机动画包括在计算机显示监控器上建立装配有虚拟骨骼的运动的三维(3D)图形或角色。形成全线框模型或由多边形建立的模型，所述模型通常包括多个“关节”(joint，有时也称为“骨头”(bone))，所述“关节”使得所述模型能够移动或“变形”到不同的位置或姿势。在渲染过程期间，诸如皮肤、眼睛、嘴巴等的表面添加到所述模型。一般用蒙皮***来添加这样的表面。

关于这些和其它的背景信息因素引出了本发明。

发明内容

一个实施例提供一种用于在动画中使用的方法，所述方法包括以下步骤：建立具有多个骨头和附着到所述骨头的肌肉的模型；当所述模型处于第一姿势时，将皮肤绑定到所述肌肉，所述皮肤的每个顶点附着在肌肉上的第一附着点处；将所述模型变形为第二姿势；并且为第二姿势中的皮肤的每个顶点选择第二附着点。

另一实施例提供一种存储可由基于处理器的***执行的计算机程序的存储介质，所述计算机程序使得所述基于处理器的***执行的步骤包括以下步骤：建立具有多个骨头和附着到所述骨头的肌肉的模型；当所述模型处于第一姿势时，将皮肤绑定到所述肌肉，所述皮肤的每个顶点附着在肌肉上的第一附着点处；将所述模型变形为第二姿势；并且为第二姿势中的皮肤的每个顶点选择第二附着点。

另一实施例提供一种用于在动画中使用的***，所述***包括：显示器；和处理***，该处理***配置为在显示器上建立具有多个骨头和附着到所述骨头的肌肉的模型，当所述模型为第一姿势时将皮肤绑定到所述肌肉，所述皮肤的每个顶点附着在肌肉上的第一附着点处，将所述模型变形为第二姿势，并且为第二姿势中的皮肤的每个顶点选择第二附着点。

参考以下详细说明和附图将更好地理解本发明各种实施例的特征和优点，以下详细说明和附图阐述了其中利用了本发明实施例原理的说明性实施例。

附图说明

从以下联系下图所示的对本发明更具体的说明，本发明实施例的上述以及其它技术方案、特征和优点将更加显而易见，在图中：

图1是说明根据本发明实施例用于在动画中使用的方法的流程图；

图2A、2B、2C和2D是说明本发明的各种技术方案和/或实施例的示例应用的画图；

图3是说明根据本发明实施例用于在动画中使用的方法的流程图；

图4是说明根据本发明实施例用于在动画中使用的方法的流程图；

图5是说明根据本发明实施例用于在动画中使用的方法的流程图；

图6是说明根据本发明实施例用于在动画中使用的方法的流程图；以及

图7是说明可以用来运行、实现和/或执行根据本发明实施例在此所示和所述的方法的框图。

具体实施例

之前的蒙皮***常常涉及将皮肤直接在固定的附着点处附着到骨头。这样的***没有提供在今天的计算机动画中优选的细节和真实水平。

本发明实施例提供用于在计算机***中仿真皮肤的外观(例如用于动画)的技术。一些实施例提供了新的蒙皮***，其能够比之前的***提供更高的细节和真实水平。一般，一些实施例将动态肌肉与皮肤***和完全可控、可预测的修复性封皮进行组合。在一些实施例中，皮肤可以附着到肌肉，而不像在之前的***中一样附着到骨头。并且，皮肤到肌肉的附着点可以是动态的而不像在之前的***中一样仅仅是固定的附着点。在一些实施例中，可以通过使用从动态几何肌肉体积得到的三维顶点的插值来实现这样的特征。可以相信，这样的特征促成看起来更真实的皮肤和更为真实的所产生的动画。

参考图1，说明了根据本发明实施例进行操作的方法100。方法100可以在动画中使用并且在步骤102开始，在步骤102中，建立具有多个骨头和附着到所述骨头的肌肉的模型。在步骤104中，当所述模型为第一姿势时，将皮肤绑定到所述肌肉，所述皮肤的每个顶点附着在肌肉上的第一附着点处。

图2A说明了这些步骤的示例应用。示出了处于第一姿势的角色的手臂200的模型。角色的手臂200包括第一骨头204、第二骨头206、拇指骨头208和手指骨头210、212、214、216。几块肌肉218、220、222、224附着到这些骨头。第一骨头204和第二骨头206在肘关节205处连接到一起。在一些实施例中，可以通过定义肌肉横截面的子集和在这些横截面之间通过插值构建表面而创建基于解剖学的肌肉体积基元。可以在横截面之间保持体积使得所述表面凸起以仿真等速肌肉收缩和等长肌肉收缩。可以使用解剖学上得到的***点来处理肌肉到骨头和其它肌肉的附着。

在一些实施例中，所述肌肉可以通过使用基于形心的Catmull-Rom样条(centroid based Catmull-Rom spline)的等式来保持弯曲和扭曲的能力。可以经由Catmull-Rom控制顶点插值和表示所仿真的体积的非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Spline，NURBS)表面来处理表面创建。在一些实施例中，可以通过诸如重力、硬度、大小和阻尼的动力参数来影响肌肉，以控制它们由于速度和加速度而反弹或者微动多少。因此，在一些实施例中，几何肌肉体积基元可以是动态的。

例如，在一些实施例中，肌肉基元节点可以是非均匀有理B样条表面生成器。其输入可以包括横截面曲线，并且其输出可以包括跨越这些曲线的表面。这个表面可以主要由椭圆体体积等式驱动，该等式衡量沿虚拟椭圆体的表面的每个控制点，由源于横截面的中心线的向量定义。可以用来保持所述体积的等式的示例如下，其中，所述体积等于：

$\mathrm{Volume}=\frac{4}{3}\mathrm{\πabc}$

其中，a和b是赤道半径(彼此垂直)并且c是极半径。这些变量决定了基于形心的椭圆体体积的形状。

肌肉体积的一个目的是创建皮肤能够附着的基本的生理上精确的基础结构。比起基于转换的骨头蒙皮算法或其它基于自由形式变形器的***，使用这样的基础结构作为起始点产生更高的质量。这样，皮肤层226、228绑定到肌肉218、220、222、224。在图示的第一姿势中，皮肤的每个顶点附着在肌肉的第一附着点处。图示了几个顶点和各个第一附着点。例如，顶点230在第一附着点232处附着到肌肉220；顶点234在第一附着点236处附着到肌肉220；顶点238在第一附着点240处附着到肌肉218；并且顶点242在第一附着点244处附着到肌肉222。

方法100(图1)中的下一个步骤是步骤106，其中，所述模型变形成第二姿势。如上所述，在一些实施例中，皮肤到肌肉的附着点是动态的而不仅仅是固定的，这提供了动态皮肤解决方案。同样，在步骤108中，为第二姿势中的皮肤的每个顶点选择第二附着点。

图2B说明了这些步骤的示例应用。如图所示，通过在肘关节205处移动角色的手臂200，所述手臂的模型已经变形成第二姿势。为第二姿势中的皮肤层226、228的每个顶点选择第二附着点。例如，如所图示的，顶点230现在在第二附着点246处附着到肌肉222；顶点234现在在第二附着点248处附着到肌肉218；顶点238现在在第二附着点250处附着到肌肉220；以及顶点242现在在第二附着点252处附着到肌肉222。这个示例说明在第二姿势中，皮肤的每个顶点可以附着到与在第一姿势中不同的肌肉。例如，顶点230、234、238每一个附着到与在第一姿势中不同的肌肉。

在一些实施例中，为皮肤的每个顶点选择第二附着点，这可以可选地基于用户定义的信息。例如，参考图3，说明了根据本发明实施例进行操作的方法300。可以在第二附着点的选择中使用的方法300在步骤302开始，在步骤302中，为皮肤的每个顶点计算在第二姿势中的肌肉上的多个潜在的第二附着点，在一些实施例中，这可以可选地根据一个或多个用户定义的控制参数来计算。然后在步骤304中，根据用户定义的顶点混合权重，为皮肤的每个顶点从所述潜在的第二附着点中选择每个第二附着点。

图2C说明这些步骤的示例应用。即，示出了处于第二姿势的角色的手臂200的模型的放大视图，以说明如何为皮肤顶点230选择第二附着点的示例。在一些实施例中，经过非均匀有理B样条表面处理的体积基元的程序性构建使得可以得到用于绑定皮肤的平滑的简化相切空间坐标。这样，为皮肤顶点230计算肌肉上的多个潜在的第二附着点246、254、256、258、260。在一些实施例中，可以可选地根据一个或多个用户定义的控制参数计算潜在的第二附着点。在一些实施例中，高级的蒙皮算法可以允许控制参数的插值，所述控制参数表示相对于每块肌肉的皮肤滑动、凸起和收缩。这可以用作将皮肤的顶点越过三维空间转换到它们的原位置的主要变形技术。肌肉与骨骼几何蒙皮所导致的一个优点是可以自然地变形的基层，所述基层有机地在下面的基础结构之上进行转换。

接着，根据用户定义的顶点混合权重，从潜在的第二附着点246、254、256、258、260中选择用于皮肤顶点230的最终的第二附着点246。在一些实施例中，可以用这样的方式设计蒙皮算法，以允许肌肉具有对皮肤的任何顶点的控制，而对多少块肌肉能够影响单个皮肤点没有任何限制。可以给予用户通过选择顶点混合权重而对表示皮肤顶点的权重的直接控制权。即，在一些实施例中，对于多边形网格，每个顶点可以对于每块肌肉具有一混合权重。为了计算顶点的最终位置，将每个肌肉转换应用到顶点位置，其比例由相应的权重决定。在一些实施例中，可以使用称为矩阵调色蒙皮(matrix palette skinning)的算法，在该算法中，该组骨头和/或肌肉转换(存储为转换矩阵)形成用于让皮肤顶点从中进行选择的“调色板”。在一些实施例中，可以在对应于每个顶点的肌肉和/或骨头的数量间归一化顶点混合权重。因此，根据用户定义的信息选择第二附着点的能力为肌肉与骨骼子空间几何蒙皮做好了准备。

现在提供可以在一些实施例中使用的这些技术的示例应用，用于肌肉变形器，肌肉变形器是利用皮肤到肌肉的附着以将皮肤点变形到原位置的主要节点之一。即，可以用于该变形器的算法首先使用肌肉上离皮肤顶点位置最近的点而得到面向表面的转换。接着，存储预先求逆(pre-inverted)的绑定矩阵，并且计算绑定计算。

例如，以下等式可用来移动所述点。首先，计算唯一的表面导出矩阵，并且计算每个顶点，每个肌肉附着的唯一的矩阵转换：

$M_{\left[i\right]}=B_{\left[i\right]}^{-1}*W_{\left[i\right]}$

其中，B是绑定矩阵，W是当前位置，并且M是每个顶点，每个肌肉附着的转换。然后，通过将每个顶点，每个肌肉附着的转换乘以每个顶点归一化的权重，并将所述转换加到一起，来计算这组唯一的附着转换：

v′＝∑w_iv*M_[i]

其中，w是归一化的权重，v是顶点位置，并且v′是新的顶点位置。***内另外的控制参数可以包括滑动、凸起和收缩，滑动允许表面导出的附着点移动，凸起和收缩仅仅沿其长度缩放附着向量以创建皮肤凸起或收缩。

至此，描述了动态肌肉与皮肤***的示例实施例。然而，如上所述，本发明的一些实施例也将完全可控、可预测的修复性封皮与动态肌肉与皮肤***进行组合。一般，在一些实施例中，这样的修复性封皮可以在应用修复性层的蒙皮算法的一部分中实现，在所述修复性层中，允许用户输入任何特定地定义的姿势和特定地建模的形状。在此将其称为姿势空间形状蒙皮。一些实施例可能涉及制作目标姿势中的皮肤的副本并且对其进行修改以包括所需要的特征、形状、皱纹、凸起等。然后，存储修改的皮肤副本，用于稍后的使用。然后，随着皮肤向目标姿势移动，使用插值来慢慢并入包含在修改的皮肤副本中的特征、形状等。

例如，参考图4，说明了根据本发明实施例进行操作的方法400。方法400可以可选地与上述方法和/或技术的实施例一起使用。在步骤402中，当模型处于目标姿势时，制作皮肤的副本。在步骤404中，修改所述皮肤的副本。作为示例，可以修改皮肤以包括任何用于包含到皮肤中的所需要的形状，例如任何需要的特征、形状、皱纹、凸起等。然后在步骤406中，保存修改的皮肤副本。

图2D说明这些步骤的示例应用。具体而言，示出角色的手臂200的模型为目标姿势，在该示例中，目标姿势是手臂完全伸展出去的位置。制作皮肤层226、228的副本，然后修改皮肤的副本以包括任何需要的特征。在该示例中，可以修改皮肤层226以包括凸起262，其目的可以是强调肌肉。类似地，可以修改皮肤层228以包括皱纹264，其目的可以是示出烧伤或其它伤。因此，在一些实施例中，该蒙皮层的目的是允许皮肤在可以想象的任何姿势中进行艺术定向和建模。

在做出并保存对皮肤的修改后，然后可能检索所述修改用于稍后在动画中使用。例如，参考图5，说明了根据本发明实施例进行操作的方法500。方法500可以可选地与上述方法和/或技术的实施例一起使用。在步骤502中，从存储装置中检索用于目标姿势的之前经过修改的皮肤副本。然后，在步骤504中，根据用于目标姿势的之前经过修改的皮肤副本对在之前的姿势中的皮肤进行插值。

在一些实施例中，***可以使用分散的数据插值来比拟(assimilate)用户通过将皮肤的修改限制于特定的姿势来定义的特定的皮肤变化。在这种方式中，下面的皮肤***可以对用户输入的修改进行插值，使得当皮肤开始向保存的姿势移动时，保存的建模形状自动被激活。

在一些实施例中，为了获得这些结果，所建模的差可以转换成相对皮肤子空间，并且使用径向基函数进行***。组成***驱动器的参数可以是一系列骨头或其它任意的特征，它们驱使皮肤随着皮肤向位置移动而改变。所产生的输出是完全可控和可适应的皮肤，当在蒙皮子空间内的姿势之间以可预测的分段连续的方式进行插值时，所述皮肤能够建模成处于任何姿势的新形状。以这种方式，姿势空间变形和下面的骨骼***可以用作驱动器，以提供修复性封皮，并且径向基函数可以用作用于修复性封皮的插值手段，所述修复性封皮用于在修复性形状之间进行插值。

因此，这些技术允许在肌肉将皮肤移进位置之后修改皮肤形状。在一些实施例中，***的这一部分包括这样的区域，在该区域中，将所建模的形状作为从原皮肤位置的偏移向量(或增量)而计算，并且然后使用任何被选来表示该状态中的姿势位置的特征对所述偏移向量进行插值。***的这部分可以借用姿势空间变形方法，但也可以将其与其余基于肌肉与皮肤的蒙皮***有效地进行组合。

在一些实施例中，可以用来获得***的这部分的示例算法是：

$x\left[j\right]\left(p\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{w}_{k}R\left(|p-p_k|\right)$

所述姿势空间变形方法可以使用径向基函数来得到姿势权重，所述姿势权重用于根据姿势参数的值来按比例决定修复性偏移向量的使用与否。如上所述，该效果可能发生在所计算的本地肌肉与骨骼皮肤的矩阵子空间中。

根据本发明一些实施例，在应用姿势空间形状蒙皮层之后，可以应用一个或多个可选的附加皮肤层，以仿真皮肤的表面细节。即，可以设计这些可选的一个或多个最终的皮肤层，以仿真关于以下情况的皮肤的表面细节：皮肤如何松弛，皮肤如何滑过网格，以及皮肤在变化的拉伸和松弛的应力下如何反应。可以在全部建立以一起工作的各个层——从动态肌肉层开始并且移到脂肪微动和皮肤拉伸层——处理皮肤拉伸的仿真。因此，这样的可选的附加层在此可称为动态仿真的脂肪微动和皮肤拉伸层。在一些实施例中，肌肉拉伸本身可以确定松弛的肌肉可具有的微动量和凸起量。

因此，在一些实施例中，在应用姿势空间形状蒙皮层之后，附加的脂肪微动层可以应用于模型的一部分。在一些实施例中，所述微动效果可以基于用户定义的参数。

例如，参考图6，说明根据本发明实施例进行操作的方法600。方法600可以可选地与上述方法和/或技术的实施例一起使用。在步骤602中，将可选的附加层应用于所述模型的一部分以提供微动效果。

图2D示出了该步骤的示例应用。具体而言，附加的下垂松弛肌肉或脂肪层266可以应用到角色的手臂200的模型上的较低的部分。因此，在一些实施例中，可以将脂肪微动作为就在姿势空间形状蒙皮层之后、拉伸层之前应用的附加层进行仿真。

在方法600(图6)中的下一个步骤是步骤604，在步骤604中，将可选的附加层应用到所述模型的一部分以提供皮肤松弛效果。可以以几种不同的方式使用所述可选的皮肤松弛效果。例如，皮肤松弛层可以用来使皮肤聚成一团，看起来松弛，和/或用保持同样的一般形状的模型的表面来提供皮肤滑动效果。

例如，皮肤松弛效果的去激活可以使得所述附加层提供皮肤聚成一团的外观。即，可以使用肌肉自身中的拉伸来驱动用户定义的形状，所述形状表示在应力下伸缩的皮肤。应力或拉伸的激活随后去激活皮肤的松弛，这使得皮肤聚成一团并变得有较多条纹。

在另一示例中，皮肤松弛效果的激活可以使附加层中的顶点更均匀地分布。即，应力或拉伸的去激活引起皮肤松弛的激活，然后皮肤松弛使得顶点均匀地分布在变形几何模型的表面。

在一些实施例中，皮肤松弛效果的激活可以激活皮肤滑动效果，模型的表面维持其同样的一般的形状。即，表面的松弛也能激活滑动，所述滑动可以使用通过变形网格的平面而限制的简化的弹跳方程，使得皮肤滑动只通过变形模型的已经定义的表面细节而发生。除了仿真，表面还可保持同样的一般形状，防止收缩和顶点求平均一般会引起的其它常见问题。

图2D说明该步骤的示例应用。具体而言，如图所示，将滑动皮肤的附加层268应用到角色的手臂200的模型的一部分。

在一些实施例中，可以给予用户对皮肤在哪里滑动、拉伸和微动以及滑动、拉伸和微动多少的直接控制权，这是通过用户能够将应该发生这些效果的区域的图绘制到模型上而实现的。并且在一些实施例中，使参数可用于动力的修改和动画显示。

微动的肌肉和/或脂肪以及松弛和滑动的皮肤是***的两个动态方面。在一些实施例中，这两个***可以在它们的动态的基于时间的特性中共享类似的算法。例如，每个节点可以计算其当前的状态，并且存储其之前的状态，使得其能够计算基于时间的导出值，例如速度。

在一些实施例中，肌肉和/或脂肪微动节点可以应用修改的弹跳方程，所述方程使用当前顶点位置作为动态顶点位置的目标，这使得顶点可以在保持原形状的同时反弹和微动。每个顶点可以包含能够增大(multiply)该效果的权重值。能够关于钳制(clamping)所允许的速度向量容易地总结出修改的弹跳方程，即：

Spring＝(clamp((V1-V2)，c))*(1.0-k)*d

其中，V1是之前的速度，V2是当前计算出的速度，c是所述钳制所基于的用户定义的值，k是弹跳常量，d是阻尼系数。因此，力等于(基于用户输入参数)所钳制的速度乘以基本硬度和阻尼参数。

皮肤拉伸节点可能包含这一同样的微动算法，但是，该效果可以应用到皮肤上的点而非肌肉。皮肤拉伸节点还可以包括这样的算法：使用周围的相邻顶点平均每个点的位置，然后计算网格上的最近的点的位置并且迅速将皮肤移到该新的位置。这是基于步骤的算法，可以与更高的步骤一起应用，用于更明显的皮肤仿真结果。

因此，在本发明的一些实施例中，***可以包括各种几何生成和几何处理节点。以上已经描述了几个这样的节点的示例。这些节点中的每一个绑在一起作为到其它节点的输入或输出，以创建根据本发明的一个或多个实施例进行操作的整个***。

在一些实施例中，可以使用Rouet等人的美国专利第5883638号中公开的信息、教导和/或技术，通过引用在此将其全部公开全部结合于此。然而，这样的信息、教导和/或技术的使用是可选的。

在一些实施例中，在此所述的方法、特征和/或技术中的一个或多个可以在

(欧特克玛雅)软件中实现，欧特克玛雅软件强有力的集成3D建模、动画、效果和渲染解决方案。例如，归一化蒙皮算法可以在玛雅中实现，玛雅会使用动态肌肉作为输入，同时将其连接到姿势空间变形***。玛雅可以用来变形真实的肌肉角色并且用于实现使得可以根据几何体积仿真真实的、滑动的皮肤的姿势空间变形***和皮肤拉伸***。玛雅还可以用于对姿势进行几何建模以用于混合。

在一些实施例中，在此所述的方法、特征和/或技术的一个或多个可以在不同类型的计算机、图形工作站、电视机、娱乐***、视频游戏***、DVD播放器、DVR、媒体播放器、家庭服务器、视频游戏控制台等上进行利用、实现或运行。在一些实施例中，实现方式可以包括一个或多个可编程处理器和相应的计算机***组件，以存储并且执行计算机指令，使得能够提供上述形状蒙皮和层。在一些实施例中，实现方式可以包括存储在计算机可读介质中的计算机指令，以使得计算机***在执行计算机指令时提供上述方法和/或特征中的一个或多个。

在一些实施例中可以使用另外的改变和实现方式。例如，可以用适当的配置(例如，分辨率)在各种类型的***(例如，分布式的或并行的)上或出于各种目的(例如，用于电影动画、电视动画、在线动画、游戏动画等)而生成动画。

参考图7，说明了可以在一些实施例中使用的示例***700，用于实现、运行和/或执行在此所述的任何方法和/或技术。然而，***700的使用当然不是必需的。

作为示例，***700可以包括但不是必须包括：中央处理单元(CPU)702、图形处理单元(GPU)704、数字差分分析(DDA)硬件706、随机存取存储器(RAM)708和诸如盘驱动器之类的海量存储单元710。因此，在一些实施例中，***700包括基于处理器的***。***700可以连接到显示器712或者与显示器712集成，显示器712例如是任何类型的显示器。

CPU 702和/或GPU 704可以用来执行或者辅助执行在此所述的方法和技术的步骤，并且可以在显示器712上渲染各种程序内容、图像和/或模型。可移除存储介质714可以可选地与海量存储单元710一起使用，这可以用于存储实现在此所述的方法、技术和/或特征的代码。然而，任何存储装置，例如RAM 708或海量存储单元710，可以用于存储这样的代码。***700的所有或者部分可以在任何装置中实施，所述装置例如是电视机、计算机、视频游戏控制台或包括在此提及的任何类型的装置的任何其它类型的装置。

因此，本发明实施例提供可以用来实现用于在计算机***中仿真皮肤外观(例如，用于动画)的装置和方法。在根据本发明的***的一个实施例中，计算机***提供基于肌肉与骨骼形状蒙皮的计算机生成的皮肤***。肌肉与骨骼形状蒙皮的一个实施例可以使用从动态几何体得到的三维顶点的插值。在实现方式中可以提供的特征可以包括以下项目中的一个或多个，但不限于此：动态几何肌肉体积基元；肌肉与骨骼子空间几何蒙皮；姿势空间形状蒙皮；动态仿真的皮肤拉伸和脂肪微动。

在一些实施例中，动态肌肉与皮肤***可以涉及建立具有多个骨头和附着在骨头上的肌肉的模型。皮肤可以绑定到所述肌肉，所述肌肉可以是基于解剖学的。当模型变形时，可以为用于新姿势的皮肤的每个顶点计算在所述肌肉上的多个潜在的新附着点。可以根据用户定义的控制参数计算潜在的新附着点。根据用户定义的顶点混合权重可以为每个顶点从潜在的新附着点中选择最终的附着点。所述混合权重可以在对应于每个顶点的骨头数之间进行归一化。因此，在一些实施例中，随着模型变形，皮肤到肌肉的特定附着点可以根据用户定义的控制参数和顶点权重而改变。

在一些实施例中，动态肌肉与皮肤***可以与完全可控的、可预测的修复性封皮进行组合，在所述修复性封皮中，可以通过在皮肤的当前层和处于目标姿势的皮肤的修改副本之间进行插值而添加皮肤的第一修复性层。所述皮肤的修改副本可以包括所需要的形状、皱纹、凸出等，并且随着皮肤移向目标姿势，可以用插值来缓慢地并入这些形状。

在一些实施例中，附加的脂肪微动层可以应用到模型的一部分。所述微动效果可以基于用户定义的参数。

最后，在一些实施例中，附加的皮肤松弛层可以应用到模型的一部分。皮肤松弛效果的去激活可以使得皮肤聚成一团，并且皮肤松弛效果的激活可以使得皮肤上的顶点更均匀地分布。皮肤松弛效果的激活还可以激活皮肤滑动效果，其中模型的表面维持其同样的一般形状。

虽然已经通过本发明特定实施例和应用描述了在此公开的发明，但是本技术领域的技术人员可以对其做出各种修改和更改，而不偏离权利要求中所述的本发明的范围。

Claims (39)

1.一种用于在动画中使用的方法，包括以下步骤：

建立具有多个骨头和附着到所述骨头的肌肉的模型；

当所述模型处于第一姿势时，将所述皮肤绑定到所述肌肉，所述皮肤的每个顶点附着在肌肉上的第一附着点处；

将所述模型变形为第二姿势；以及

为所述第二姿势中的皮肤的每个顶点选择第二附着点。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，选择第二附着点的步骤包括以下步骤：

根据一个或多个用户定义的控制参数为所述皮肤的每个顶点计算处于所述第二姿势的肌肉上的多个潜在的第二附着点。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，选择第二附着点的步骤还包括以下步骤：

根据用户定义的顶点混合权重为所述皮肤的每个顶点从所述潜在的第二附着点中选择所述第二附着点。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

制作将其每一个顶点附着到所述第二姿势中所选择的第二附着点的皮肤的副本；

修改所述皮肤的副本；以及

保存经过修改的所述皮肤的副本。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述经过修改的所述皮肤的副本包括用于包含到所述皮肤中的所需要的形状。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

从存储装置检索用于第三姿势的之前经过修改的所述皮肤的副本；以及

根据用于所述第三姿势的之前经过修改的所述皮肤的副本，将所述皮肤的每一个顶点附着到所述第二姿势中所选择的第二附着点而对用于所述皮肤的值进行插值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述经过修改的所述皮肤的副本包括用于包含到所述皮肤中的所需要的形状。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

将附加层应用到所述模型的一部分以提供微动效果。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述微动效果基于用户定义的参数。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

将附加层应用到所述模型的一部分以提供皮肤松弛效果。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述皮肤松弛效果的去激活使得所述附加层提供皮肤聚成一团的外观。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述皮肤松弛效果的激活使得在所述附加层中的顶点更均匀地分布。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述皮肤松弛效果的激活将皮肤滑动效果激活，而所述模型的表面维持其同样的一般形状。

14.一种存储可由基于处理器的***执行的计算机程序的存储介质，所述计算机程序使得所述基于处理器的***执行以下步骤，包括：

建立具有多个骨头和附着到所述骨头的肌肉的模型；

当所述模型处于第一姿势时，将所述皮肤绑定到所述肌肉，所述皮肤的每个顶点附着在肌肉上的第一附着点处；

将所述模型变形为第二姿势；以及

为所述第二姿势中的皮肤的每个顶点选择第二附着点。

15.根据权利要求14所述的存储介质，其中，选择第二附着点的步骤包括以下步骤：

根据一个或多个用户定义的控制参数为所述皮肤的每个顶点计算处于所述第二姿势的肌肉上的多个潜在的第二附着点。

16.根据权利要求15所述的存储介质，其中，所述选择第二附着点的步骤还包括以下步骤：

根据用户定义的顶点混合权重为所述皮肤的每个顶点从所述潜在的第二附着点中选择所述第二附着点。

17.根据权利要求14所述的存储介质，所述计算机程序还使得所述基于处理器的***执行以下步骤，包括：

制作将其每一个顶点附着到所述第二姿势中所选择的第二附着点的皮肤的副本；

修改所述皮肤的副本；以及

保存经过修改的所述皮肤的副本。

18.根据权利要求17所述的存储介质，其中，所述经过修改的所述皮肤的副本包括用于包含到所述皮肤中的所需要的形状。

19.根据权利要求14所述的存储介质，其中，所述计算机程序还使得所述基于处理器的***执行以下步骤，包括：

从存储装置检索用于第三姿势的之前经过修改的所述皮肤的副本；以及

根据用于所述第三姿势的之前经过修改的所述皮肤的副本，将所述皮肤的每一个顶点附着到所述第二姿势中所选择的第二附着点而对用于所述皮肤的值进行插值。

20.根据权利要求19所述的存储介质，其中，所述经过修改的所述皮肤的副本包括用于包含到所述皮肤中的所需要的形状。

21.根据权利要求14所述的存储介质，所述计算机程序还使得所述基于处理器的***执行以下步骤，包括：

将附加层应用到所述模型的一部分以提供微动效果。

22.根据权利要求21所述的存储介质，其中，所述微动效果基于用户定义的参数。

23.根据权利要求14所述的存储介质，所述计算机程序还使得所述基于处理器的***执行以下步骤，包括：

将附加层应用到所述模型的一部分以提供皮肤松弛效果。

24.根据权利要求23所述的存储介质，其中，所述皮肤松弛效果的去激活使得所述附加层提供皮肤聚成一团的外观。

25.根据权利要求23所述的存储介质，其中，所述皮肤松弛效果的激活使得在所述附加层中的顶点更均匀地分布。

26.根据权利要求23所述的存储介质，其中，所述皮肤松弛效果的激活将皮肤滑动效果激活，而所述模型的表面维持其同样的一般形状。

27.一种用于在动画中使用的***，包括：

显示器；和

处理***，该处理***配置为在所述显示器上建立具有多个骨头和附着到所述骨头的肌肉的模型，当所述模型为第一姿势时将所述皮肤绑定到所述肌肉，所述皮肤的每个顶点附着在肌肉上的第一附着点处，将所述模型变形为第二姿势，并且为所述第二姿势中的皮肤的每个顶点选择第二附着点。

28.根据权利要求27所述的***，其中，所述处理***配置为通过根据一个或多个用户定义的控制参数为所述皮肤的每个顶点计算处于所述第二姿势的肌肉上的多个潜在的第二附着点，来选择第二附着点。

29.根据权利要求28所述的***，其中，所述处理***配置为通过根据用户定义的顶点混合权重为所述皮肤的每个顶点从所述潜在的第二附着点中选择第二附着点，来选择所述第二附着点。

30.根据权利要求27所述的***，其中，所述处理***还配置为制作将其每一个顶点附着到所述第二姿势中所选择的第二附着点的皮肤的副本，修改所述皮肤的副本，以及保存经过修改的所述皮肤的副本。

31.根据权利要求30所述的***，其中，所述经过修改的所述皮肤的副本包括用于包含到所述皮肤中的所需要的形状。

32.根据权利要求27所述的***，其中，所述处理***还配置为从存储装置检索用于第三姿势的之前经过修改的所述皮肤的副本，并且根据用于所述第三姿势的所述之前经过修改的所述皮肤的副本，将所述皮肤的每一个顶点附着到所述第二姿势中所选择的第二附着点而对用于所述皮肤的值进行插值。

33.根据权利要求32所述的***，其中，所述经过修改的所述皮肤的副本包括用于包含到所述皮肤中的所需要的形状。

34.根据权利要求27所述的***，其中，所述处理***配置为将附加层应用到所述模型的一部分以提供微动效果。

35.根据权利要求34所述的***，其中，所述微动效果基于用户定义的参数。

36.根据权利要求27所述的***，其中，所述处理***还配置为将附加层应用到所述模型的一部分以提供皮肤松弛效果。

37.根据权利要求36所述的***，其中，所述皮肤松弛效果的去激活使得所述附加层提供皮肤聚成一团的外观。

38.根据权利要求36所述的***，其中，所述皮肤松弛效果的激活使得在所述附加层中的顶点更均匀地分布。

39.根据权利要求36所述的***，其中，所述皮肤松弛效果的激活将皮肤滑动效果激活，而所述模型的表面维持其同样的一般形状。

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