計算機圖形動畫製作系統的製作方法
2023-04-28 12:21:01
專利名稱：計算機圖形動畫製作系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種計算機化動畫製作系統，該系統含有一系列以各種表示法存儲在多個存儲器存儲結構中的圖象。將圖象分解為幾個分量，以便於生成和變化圖象並施加彩色於其上。
動畫製作是一種以下述方式組合一系列手工繪製或計算機繪製圖象或這種圖象序列的過程，即按照觀察者看來，一個或多個圖象已從一個幀移動到另一幀。由於電影和錄象實際上是一系列相互連接的靜止圖象，因此有必要使一幀到另一幀的圖象相關聯以便當以最後生成圖象的速度(對錄象來說為每秒30幀)示出時幀與幀變化表現為流動的。
最普遍的動畫製作技術稱為動畫透明片(cell)動畫製作。在動畫透明片(cell)動畫製作中，根據該過程的階段由動畫片製作者在透明軟片上(或以後轉換到透明軟片的紙上)手工繪製出各個層或「動畫透明片」。一般，每個動畫透明片跟蹤單個目標。這種類型的系統稱之為「紙上」系統。
對於典型的動畫透明片動畫製作應用，第一步是以條形或輪廓線形式繪出第一幀圖象。接著，重新畫出該圖象，因它將顯現為進入遠景的許多幀。為舉例的目的，該遠景幀為進入遠景的九個幀。畫出這兩個幀以後，即進行「中間」步驟。此處，通過畫出出現在幀1和9中間的幀(幀5)開始該「中間」(in-betweening)過程。進行該步之後，畫出末端幀與第一中間幀(幀1和幀5)之間的幀，並繼續下去直到已繪製出發生在連續幀(1到9)中的所有圖象。紙上系統的中間步驟是用逆光紙(baclit paper)實現的，因此當他或她正繪製中間幀時外部幀在在中間者的視線中。
「中間」過程的第一步驟(稱為鉛筆測驗)通常用鉛筆繪製或在圖釘定位的各張紙上繪製。然後將紙繪圖形錄象以察看該動畫片的精確性。這便於檢驗一組幀的單體的對白同步錄音、表示和移動。下一步驟稱為上墨水線，這時以墨水按照鉛筆圖繪出清晰的線條。第三步驟包含複製，接著手工上顏料並最後合成畫面。在合成畫面過程中，每個幀的所有動畫透明片(包含各個動畫圖象的層)一個疊在另一個上部並攝影形成動畫序列的各幀。傳統動畫透明片的動畫製作使用約三個層(透明軟片)，這裡認為每層為一個「動畫透明片」。每個動畫透明片以輪廓形式繪製，然後翻轉從背後上顏料。其次，將各動畫透明片一個在另一個上面地成層以產生最終膠片圖象。實際上，儘管包含三個層，但可能實際產生4個或5個動畫透明片。這裡認為各層自身可包含多個動畫透明片。
為產生高質量和更逼真的動畫片，讓動畫圖象跟蹤將顯示圖象的聲音或談話總是必要的。為確保聲音和圖象之間的這種一致性，通常在動畫圖象之前錄製聲跡和說話部分，並在形成圖象時由動畫師跟蹤聲音。這表示當動畫角色正在講話時，動畫師引導嘴部和面部表示與預先錄製的聲音軌跡同步。
市場上有各種便於圖象繪製的軟體程序，CAD(計算機動畫設計)程序利用一方程產生兩點之間的一系列屏幕象素。那麼，一個CAD程序可將要繪製的圖象表示為一組矢量。利用一個方程表示圖象信息考慮到象圖象操縱、位移和旋轉一類的複雜效果。
其它繪圖程序利用光柵表示的圖象信息。這也稱為位映射(bitmapping)。在這種技術中，將圖象作為屏幕上象素的映象來繪製和存儲。圖象操作是非常受限制的，因為在對每一象素存儲的內容和對每一象素顯示的內容之間存在一一對應的關係。這是對照基於一個方程或一個矢量的系統而言，在該系統中通過改變方程中的變量可改變各個象素。
然而，光柵表示系統的一個好處是與發生在矢量或基於圖形的系統中的複雜計算相比較具有簡單性。
本發明包含一種計算機化動畫製作系統，該系統含有一系列以各種表示法存儲在多個存儲器存儲結構中的圖象。將圖象分解為幾個分量，以便於生成和變化圖象並施加彩色於其上。首先以矢量表示法繪製和修正圖象。然後以光柵表示法存儲矢量表示的圖象以顯示和生成後續圖象。藉助矢量表示的變換或相加對所存儲光柵表示進行連續加法或變換，然後將之作為新的光柵表示加以恢復。最後，將灰度級信息和彩色區域信息(其依次訪問彩色查尋表)分配給圖象的每一象素。然後將該信息用於構造唯一傳遞函數以產生動畫圖象的最終彩色形式。
圖1示出本發明存儲器結構的展開圖。
圖1A是按照本發明實施例裝置的方框圖。
圖2示出動畫製作中使用本發明存儲器結構的示意圖。
圖3示出在本發明下部存儲器存儲結構中一系列幀的存儲。
圖4示出在上部-上部存儲器存儲結構中一系列幀的存儲。
圖5是本發明動畫製作過程的更詳細流程圖。
圖6是圖5所示前三步驟的更詳細流程圖。
圖7是灰度級分配過程的更詳細流程圖。
圖8是色彩分配過程的更詳細流程圖。
圖9是色調特技效果的流程圖。
圖10是陰影特技效果的流程圖。
圖11是梯度色調特技效果的流程圖。
圖12是疊化特技效果的流程圖。
圖13是合併特技效果的流程圖。
圖14是組合特技效果的流程圖。
圖15是象素偏移過程的流程圖。
圖16是自動中間過程的流程圖。
圖1示出存儲器存儲結構10。存儲器存儲結構10包含下部存儲器存儲結構18，上部存儲器存儲結構16，上部-上部存儲器存儲結構14和矢量存儲結構22。來自矢量存儲結構22的信息轉換為光柵信息並在存儲於上部存儲器存儲結構16和下部存儲器存儲結構18之前存儲在存儲器結構12中。
上部存儲器存儲結構16含有多個位平面16a-16d。這些位平面中的每個進一步包含多個位20。位20對應於圖形單元(象素)，當在顯示器上顯示時，該圖形單元形成視覺圖象。
在存儲器存儲結構16中，每個位平面16a至16d表示獨立的(一電平信息)圖象，因此存儲器存儲結構16包含可存儲四個單色圖象的四個獨立信息位平面。
在本發明中，對於動畫製作而言，上部存儲器存儲結構16中的每4個位平面可包含一個圖象。這些圖象包含一組位並稱為光柵圖象。在作移動基準的一個位平面(即位平面16a)中暫時存儲光柵表示的圖象並隨後在作移動基準的另一位平面即位平面16b中存儲表示移動的圖象或早期圖象的動畫片為將要形成的動畫製作序列作好準備。以該方法使用圖象稱之為圖象的「重影」(ghosting)。
在一圖象能夠存儲在上部存儲器存儲結構16中的任何位平面中之前，必須首先「繪製」或生成該圖象。在本發明中，用計算機動畫製作站生成活動圖象。在圖1A中示出一實例計算機動畫製作站8的框圖。該動畫製作站包含一計算機2，其含有具有中央處理單元和有關硬體6的工作在所描述的存儲器結構10上的流水線結構圖象處理硬體;數位化裝置4，例如SumagraphicsTM圖形輸入板;以及圖形顯示硬體9，比如一擴展圖象自適應(EGA)監視器。圖象存儲器是16位深，並組成為二維矩形陣列。存儲器的水平尺寸為2k字，並可擴展。該存儲器的上部和下部字節可分別尋址，因此兩個不同的8位圖象可同時佔據相同存儲區域。這些字節之一進一步分為含有上部存儲器存儲結構16和上部-上部存儲器存儲結構14的兩個4位段。通過一組物理駐留在存儲器接口板上的寄存器控制圖象存儲器。所述寄存器通過I/O口訪問。5個寄存器組成控制和狀態寄存器。通常，控制寄存器選擇圖象數據傳遞的操作模式，地址寄存器控制放置數據的地址。
返回參見圖1，用作圖裝置以矢量形式繪製動畫圖象並以矢量表示存儲在矢量存儲結構22的矢量文件中。該矢量表示是在存儲在矢量存儲結構22中之前由動畫製作者作出的一系列矢量定義直線(線段)。矢量存儲結構22可包含數個矢量文件。由於矢量不能顯示，它們必須轉換為光柵表示並在圖形位平面12中顯示。
圖形位平面12包含諸如EGA位平面的圖形位平面。圖形位平面12中的信息直接顯示在諸如計算機和監視器的顯示器中。因此，儘管該圖象的信息在繪製時以光柵格式顯示(使動畫製作者可看見該圖象為一影象而不是一串數字)，該圖象實際上是從存儲在計算機主存儲器中的矢量文件產生的。利用矢量便於在生成圖象時及生成圖象之後操縱和修改這些圖象。
利用屏幕上菜單，動畫製作者可在所選的上部存儲器存儲結構16的4個位平面之一中存儲矢量表示的圖象。在上部存儲器存儲結構16中存儲矢量表示圖象以光柵表示形式顯示該圖象。因此，圖象(輪廓圖)的每一象素存儲在上部存儲器存儲結構16的四個位平面之一中並可作為單個位訪部。
儘管在本發明的上部存儲器存儲結構16中存在四個位平面，本領域技術人員應該知道任何數量的位平面可包含在上部存儲器存儲結構16中。同樣應很清楚並非必須使用上部存儲器存儲結構16中所有位平面。上部存儲器存儲結構16的最佳利用是在移動的不同階段存儲需成為動畫的圖象以便可同時顯示這些圖象(重象)，從而動畫製作者在重影圖象中間繪製和生成圖象。因此，圖象的重影用作動畫製作者的基準。
在本發明實施例中下部存儲器存儲結構18含有8個位平面。如同上部存儲器存儲結構16，本領域技術人員將知道根據要求的存儲器結構設計下部存儲器存儲結構18可包含較少或較多數量的位平面。在本實施例中，使用8個位平面從而256個灰度梯度(灰度值)可被訪問並分配給生成圖象。
在動畫製作者對所生成圖象滿意之後，將灰度值分配給圖象。儘管沒必要，一般仍以單色或彩色填滿動畫圖象。如果動畫圖象將填滿，動畫製作者將灰度值分配給動畫圖象的不同區域，然後在下部存儲器存儲結構18中存儲灰度選擇圖象。對照包含獨立位平面的上部存儲器存儲結構16，下部存儲器存儲結構18含有相關位平面。這些相關位平面每象素含有8位字(在本實施例中)。因此，可從256數值範圍分配灰度值給每象素。
還需注意，有可能將圖象的光柵表示直接存入下部存儲器存儲結構18而不是首先在上部存儲器存儲結構16中存儲圖象的光柵表示。
如果將對動畫圖象作色，仍需將灰度值分配給有待配色的不同區域。由彩色傳遞函數(公開在申請人的有關申請、歐洲專利局出版物第0.302，454號並在此結合作為參考)使用灰度值，用以對圖象加色彩。
為檢查，動畫製作者以包含在矢量存儲結構22中的矢量文件中存儲的矢量表示形式生成圖象。該矢量表示圖象在圖形位平面12中變換為光柵表示，因此它可在顯示裝置上作為圖象可見地顯示。然後可將該圖象以光柵表示存儲在上部存儲器存儲結構16的獨立位平面(16a-16d)之一中。表示各運動階段圖象的連續圖象也可存儲在上部存儲器存儲結構16的附加位平面中。存儲這些連續圖象便於動畫製作者在顯示器上同時顯示圖象，以便能夠完成需作動畫製作的圖象的中間階段的繪製。
製作者對圖象滿意之後，則選擇需分配給圖象各區域的灰度值。一旦為圖象區域選擇了灰度值，將具有灰度值信息的圖象存儲在下部存儲器存儲結構18中。下部存儲器存儲結構18的位平面是相關的。因此，下部存儲器存儲結構18的每位(象素)含有8位信息。這樣，動畫製作者可從256灰度值範圍分配灰度值給圖象區域。
為便於圖象的重影，在本發明最佳實施例中，完全為顯示目的，對存儲在上部存儲器存儲結構16位平面中的圖象分配不同色彩。該色彩完全與最終的圖象色彩無關。因此，當動畫製作者從上部存儲器存儲結構16的位平面選擇顯示多個圖象時，所顯示圖象將以不同色彩出現。這從動畫製作者角度來講更容易在所生成圖象與其移動各階段中的圖象之間進行辯別。作為另一措施，動畫製作者可選擇將要顯示的色彩強度。通過選擇各位平面中圖象的色彩及色彩強度，動畫製作者可修改該系統以產生最有效工作空間環境。
動畫製作者使用的另一措施是循環措施。該循環措施允許動畫製作者為檢測動畫片平穩性而「運行」圖象。這點類似於紙上動畫製作系統中頁的翻動。
為了循環通過圖象，動畫製作者可選擇自動的或手動的方式。自動方式以預選速度以向前然後向後方向移動圖象以保持運動連續性。手動方式允許動畫製作者交替選擇循環的方向、速度和起始點(幀)。
在循環期間，循環存儲在下部存儲器存儲結構18中的每個圖象。本系統以32幀工作。這提供再三達32幀的循環。某時刻有超過32幀在工作的系統可循環通過多於32幀。
為產生彩色圖象(相對於用作參考目的的分配給上部存儲器存儲結構16位平面的色彩)，彩色傳遞函數也要求彩色區域值以指出色彩查尋表，該表含有與每個可能灰度值(即，本實施例中的256個)有關的HLS(色調、亮度、飽和度)色彩坐標值。上部-上部存儲器存儲結構14提供彩色傳遞函數的這種信息。
上部-上部存儲器存儲結構14包含四個位平面。在本發明實施例中，則存在具有16個不同彩色區域的可能性，可對其中任何一個進行訪問。本領域技術人員將知道並承認可能存在較少或較多數量的位平面，產生可訪問的較少或較多數量色彩(彩色區)。由於本實施例中具有四個位平面，所以總共有16個可訪問或分配的色彩。每區訪問256個不同色度值。如同在下部存儲器存儲結構18中，上部-上部存儲器存儲結構14的位平面是相關的，其中四個位平面包含圖象中每象素20的四位字。
動畫製作者為每個區域選擇色彩並指定該所選色彩分配給的區域。給每區分配色彩可與圖象每區域灰度值的分配同時或分開進行。
為在顯示器上顯示具有色彩信息的圖象，在本實施例中，有必要將上部-上部存儲器存儲結構14中的色彩信息「移轉」到上部存儲器存儲結構16的存儲空間中。這是必要的，因為本實施例僅工作在12位圖象信息而達到顯示目的。本領域技術人員將會理解設計用來處理較大數量顯示信息位的系統將顯示色彩信息以及光柵表示的「重影」位平面圖象。本實施例中通過將色彩信息換進「重影」位平面的存儲器存儲單元中實現該操作。
圖2中示出利用上部存儲器存儲結構16的位平面16a-16d的圖示說明。圖2的序列A表示顯示在圖形位平面12中的圖象(作為四個「X」字符串)。由動畫製作者生成圖形位平面12中序列A的圖象並在矢量存儲結構22的矢量文件中表示為一組矢量值。然後動畫製作者在上部存儲器存儲結構16的一個位平面中存儲圖象。動畫製作者可選擇上部存儲器存儲結構16的任何4個位平面。在序列A中，圖象存儲在位平面16a中。
序列B表示顯示裝置9上顯示的位平面16a的圖象。另外，動畫製作者在圖形位平面12(未示出)中畫出表示第一圖象移動的第二圖象(表示為4個「X」字符串)。新圖象作為矢量存儲結構22中的矢量文件加以存儲，但在圖形位平面12中表示為光柵圖象(並這樣顯示在顯示裝置9上)。為了區別起見，這些圖象中每個以不同色彩和可能的不同強度顯示在動畫製作者的顯示監視器9上。這是由於上部存儲器存儲結構16的每個位平面具有分配給它的不同彩色。圖形位平面12(圖象矢量信息的光柵表示)也具有分配給它的應與分配給上部存儲器存儲結構16的那些色彩不同的色彩)。
在序列B繪製第二圖象之後(用位平面16a的圖象作為基準)，將第二圖象存儲在上部存儲器存儲結構16的位平面16b中。在序列C，原始圖象和新圖象均顯示在顯示裝置9中(以分配給它們各自位平面的色彩)。並且動畫製作者可在圖形位平面12(未示出)中繪製第三圖象。該第三圖象(表示為4個「X」字符串)表示第一和第二圖象的「中間圖象」。在顯示器9中以它們各自的色彩顯示第一和第二圖象以允許動畫製作者在適當位置畫出第三圖象(在圖形位平面12中)。然後動畫製作者可在第三位平面存儲該第三圖象，如圖2的序列C中位平面16c所示。
各光柵位平面16a、16b和16c表示當以動畫片序列的三個獨立幀出現時有待動畫製作的圖象。因此，當分配灰度值信息給相應的圖象時，在每幀的不同存儲器存儲結構18中存儲灰度信息。因此，給存儲在位平面16a中的圖象分配一灰度值，然後在該幀的下部存儲器存儲結構18中存儲該灰度值。給位平面16b中的圖象分配一灰度值，然後然後在隨後幀的下部存儲器存儲結構18中存儲該灰度值。最後，給位平面16a中圖象分配一灰度級信息，並在第三幀的下部存儲器存儲結構18中存儲該灰度級信息。除非動畫片「故事」對幾個幀的相同圖象要求不同的色彩或效果，所有三個幀的灰度值應相同。
圖3示出在下部存儲器存儲結構18中對每個位平面16a、16b和16c灰度級信息的存儲。在圖3的A中(對應於圖2的序列A)，由8個為1(11111111)的二進位值表示的任意灰度級(為說明目的)對以陰影面表示的4個象素加以重複。
在圖3的B中(對應於圖2的序列B)，示出了8個為1的任意灰度值並覆蓋以陰影面表示的4個象素。
在圖3的C中(對應於圖2的序列C)，示出4個為1的任意灰度值並覆蓋以陰影面表示的四個象素。
那麼，對於該實例，圖象的動畫製作表現為X字符從它們在第一幀中的單元轉移到它們在第二和第三幀中的單元。在該動畫製作序列的三個幀中，對各圖象分配相同灰度值。
最終的動畫製作成品可以不同色彩產生各個圖象。在這種情況下，有必要對以灰度值表示的每個區域分配不同彩色。
圖4示出以圖2序列A、B和C所畫並存儲在上部-上部存儲器存儲結構14中圖象的彩色信息表示。圖4結構A示出在圖2序列A中所繪製圖象的彩色信息。四個1(1111)的任意值(為說明的目的)存儲在陰影面的位平面中。圖4的B和C示出對圖2和3相應圖象的類似存儲。
查尋表(未示出)定義相應於存儲在圖4的A、B和C中每象素位平面內數值的彩色傳遞函數，所選出查尋表之一由標識符相對每個彩色區進行定義。該信息與8位灰度級信息(存儲在下部存儲器存儲結構18中)為每一彩色象素提供唯一輸出色彩。接著，這產生顯示在顯示裝置9上的最終圖象中所加的色彩，其依賴於(但並非唯一結論)灰度值和圖象各區域中的操作者選擇的彩色。在圖2-4本發明實例中，僅分配一種色彩給所有圖象。組合這些圖象、作為一圖象序列產生最終的動畫片或動畫製作正本片。
用於產生最終的、彩色動畫圖象的信息包含在下部存儲器存儲結構18、上部-上部存儲器存儲結構14以及可分配給圖象面的每彩色區域(色彩)的查尋表中。
一旦未填滿的圖象滿足動畫製作者要求並已完成則不再需要矢量信息。圖形位平面12中的信息是暫時的，對應於任何給定時間顯示裝置上所顯示內容。存儲在上部存儲器存儲結構16位平面中的圖象光柵表示也是暫時設計以有利於動畫圖象的繪製和生成。一旦這已完成並且該圖象的灰度級信息存儲於下部存儲器存儲結構18中，不再需要上部存儲器存儲結構16中的信息。
圖5以流程圖形式示出本發明動畫製作過程，其中框30表示第一動畫幀圖象的生成，框32表示第N幀圖象的生成。一般，第N幀圖象是圖象動畫製作的第9幀。基於第一和第N幀的中間幀的生成由框34表示。如所描述，第N幀是已生成的第二幀，而中間幀是生成的第三幀。框36表示分配給區域的灰度值，其中區域由圖象輪廓定義。框38表示分配給區域的色彩，其中灰度級已在框36中設定。框36和38可以結合為一個步驟。框40表示特技效果的增加，包括圖象組合和圖象成層。
圖6中示出由框30-34所表示步驟的更詳細示意圖。如圖6所指出，在框42動畫製作者開始建立待動畫製作圖象的圖象輪廓。該信息存儲在矢量存儲結構22的矢量文件中。通過以矢量表示法繪製圖象，動畫繪製者能夠通過象旋轉、伸展、收縮、複製等這類技術變化和操縱圖象。由於這個原因，如果以後圖象的變化和調節是有必要的，則應將以矢量表示的圖象信息存儲在矢量文件中，加框44所示。
一旦生成了滿意的圖象，則以光柵表示(作為位映象)將該圖象存儲在上部存儲器存儲結構16的一個位平面中。如以前描述的，上部存儲器存儲結構16的每個位平面與它的特定色彩和強度有關以區分幀。在本實施例中，在圖象以光柵表示存儲在下部存儲器存儲結構18中的時刻在矢量存儲結構22中實現矢量文件中矢量的存儲。然而，在不同於光柵信息的另外時間存儲矢量信息也是可能的。
這裡，已經以矢量表示建立了一圖象輪廓並以光柵表示存儲在上部存儲器存儲結構16中。動畫製作者的下一步是建立第二圖象，該圖象對應剛生成的圖象在發生「移動」之後所定的位置。典型地，該第二幀是動畫圖象序列的第9幀。在圖5中，這稱為「第N」幀。在判定框48示出對該步驟是否需要的判定。
為了形成第一圖象與該第二圖象之間的正確關係，動畫繪製者可以以存儲第一圖象的位平面的色彩顯示第一圖象。該色彩應該不同於動畫製作者顯示同時生成的矢量表示圖象(在圖形位平面12中)的色彩。這在框50中稱為圖象重影。
藉助於重影(顯示上部存儲器存儲結構16中的圖象)，動畫繪製者可用重影圖象作為基準繪製當前圖象。這幫助產生高質量且精確的動畫片。為繪製第二圖象(即，第9幀)，動畫繪製者返回框42並繪出新圖象。
當完成時，動畫製作者將該第二圖象的光柵表示存儲在其適當下部存儲器結構18中。但對於它的適當幀，所有重影圖象可在它們相應幀內相同平面顯示。重影期間，僅僅為了參考的目的將每個重影圖象分配給在中間的幀。不將重影幀存儲到存儲新的中間圖象的存儲器存儲結構18中。
圖5中以框34表示中間過程。中間過程與前面描述的生成第一和第二圖象的過程相同。差別在於這是已描述過程的又一次迭代。在框50，圖象被重影，這時至少存在兩個被顯示圖象，以相應於上部存儲器存儲結構16的位平面(它們已疊影於其上)的不同色彩。動畫製作者利用兩個重影作為基準以便繪出表示重影圖象間移動的圖象。應理解不存在僅疊影兩個圖象的限制。任何數量的圖象層(僅由上部存儲器存儲結構16中位平面數量限制)可疊影作為對動畫製作者的幫助。當所有幀(對該實例而言幀1-9)已建立時，灰度值可分配給由動畫製作者選擇的圖象區，如框36所示。
圖7示出分配過程36的灰度級流程圖。在框54中，表示出動畫製作者選擇他或她希望分配給圖象區的灰度級數值。在動畫製作中，區域一般是由該圖象線條圍繞的任何面積。圈的內部是一區域的例子，在圈外的面積也是。
框56表示動畫製作者選擇框54所選灰度值填入圖象區域。一般，一個圖象包含好幾個最終接收不同色彩的面積或區域。這點的一個實施例是穿有不同色彩衣服的動畫片人物。在一個圖象中可獲得256灰度級，但本發明中僅16個區域。
在框58中，以所選灰度值填充所選區域。在本實施例中，動畫製作者將在顯示器上立即看到出現在所選區域的灰度級。在判定框59中，確定是否已選擇所有灰度值。若沒有，則必須在框59選擇出下一灰度值。框54-58對具體幀所有區域重複。因此，不同灰度值分配給一幀的所有區域。每區可有幾個不同灰度級。一旦這完成之後，將灰度值存儲在下部存儲器存儲結構18中，如框60所示。在本實施例中，這是相應於可能的256個灰度值選擇的每象素存儲的8位值。
由於將動畫片與在動畫製作之前生成的現場活動圖象或背景圖象結合是可能的，所以下部存儲結構18在存儲灰度值之前並非總是「空的」。其它象數位化現場活動圖象一類信息已駐留在那裡是可能的。也有可能繞過上部存儲器存儲結構16而將生成的基於矢量圖象的光柵表示直接存儲到下部存儲器存儲結構18中。在任何情況下，在圖7中分配的灰度值存儲在下部存儲器存儲結構18中，並重寫以前存儲在那裡的任何信息的單元。
而且，如果下部存儲結構18是「空的」，則對所有無圖象象素存儲一致灰度值。在本系統中，選擇並存儲灰度值128。
在將灰度信息存儲在下部存儲器存儲結構18中並且動畫製作者都對區域和灰度選擇滿意之後，則該光柵灰度信息在框61中去假(antialiased)然後存儲在永久存儲單元(即硬碟、可卸存儲介質等)中，如框62所示。去假一般發生在指定背景上以形成適當的圖象融合，這可能在所有信息存儲於下部存儲器存儲結構18之後、或在存儲幾個幀的下部存儲器存儲結構信息之後發生。
如已描述的，有必要在下部存儲器存儲結構18中為每幀存儲灰度信息。這表示每幀具有存儲在它自己的下部存儲器存儲結構18中的灰度值。
圖8示出表示色彩分配的流程圖38。在框63，為還未指定的具體區域選擇色彩。這樣做的一實例是選定紅色施加於動畫片角色的衣服。在框64，選擇該色彩將要施予的區域。如在圖7中所描述的有可能在施加灰度於該區域的同時指定色彩。在這樣做時，知道特定色彩被選擇並與特定灰度有關。這可在對特定區域選擇和施加灰度以前進行。從而同時將灰度及色彩加於某區域。還可在為特定區域選擇和施加灰度之後施加色彩。在任何情況下，有必要指定有待施加彩色的區域。在框65將色彩施加於選定的區域。
在最佳實施例中，在對區域施加灰度的同時施加色彩。然而，本實施例未規定顯示與彩色信息同時出現的灰度信息。因此，為顯示彩色信息，動畫製作者必須選擇單獨顯示色彩的方案。這並不是本系統的限制，因為很容易理解可將額外信息用在依賴於更多信息運行的系統中以便於顯示彩色及色度信息和圖象的修改信息。
本實施例中通過在顯示裝置上使用彩條來選擇色彩。在本實施例中，這些色彩在動畫製作過程以前選擇，用作動畫製作者自其對每區域上色的調色板。這便於成品型動畫製作過程中有效的和一致的著色。
動畫製作者通過指出顯示色彩的色彩輪指定由那一區域接收某一色彩。在本實施例中，由24位彩色產生板(例如Targa BoardR)產生這些色彩。然後將色彩固定在色彩條中。色彩條由設計者和著色師用來實現成品著色。選擇色彩以且，它們出現在用於填充彩色的菜單一側。為所有區域選擇色彩，並將色彩條作為數據傳遞給在成品後階段進行著色的所有人。
圖9示出應用色調特技效果的流程圖。色調是將特定灰度級(以及相應色彩)分配給動畫製作者所指定面的一種操作，稱為有效色罩。這允許動畫製作者形成諸如黑影或將灰度值分配給未由圖象輪廓限定的區域的效果。
為產生這種效果，動畫製作者選擇在第一步驟中加色調的面積，如框67表示。這通過象窗口或徒手畫的指定區域一類的區域選擇工具來完成。在框68表示的第二步驟中，動畫製作者選擇將加於該區域的灰度值。一般，這是黑色或非常暗的灰度級。在框69表示的下一步驟中，將灰度級加於所選面。所選出面也稱之為指定色罩(mask)或有效色罩。注意將選出的灰度級信息施加於所選區域將重寫該整個區域下面的灰度級信息。在框70中，新的灰度級存儲在下部存儲器存儲結構18中，重寫任何存儲在那裡的以前值。再，該工具對屏幕都分或區域的黑化(或相反，白化)是有效的。
圖10示出按照本發明最佳實施例形成陰影特技效果過程的流程圖。陰影不同色調(圖9)之處在於，下面的灰度級不為所選出的灰度值(如在色調中完成的)所代替。在陰影中，下面的灰度級象素值作操作者指定值的偏移。以這種方法，根據該偏移值向上或向下調節下面象素。
為形成陰影，在框72表示的第一步驟中動畫製作者選擇有待畫陰影的區域。此外，通過諸如窗或徒手畫的指定區域一類任何數量的措施實現該過程。在由框74表示的下一步驟中，選擇灰度偏移值。該值可為正或負，分別反映指定區域下面灰度值的增加或減小。然後將灰度偏移值加到選出面的灰度值上(框76)，最後，將新灰度值存儲於下部存儲器存儲結構18中(框78)。
該措施提供象許多現實生活中陰影情況那樣使下面表面反映為較暗或較亮圖象的實際效果。
圖11示出形成分級特技效果過程的流程圖，其為本發明最佳實施例的另一特徵。圖象的分級包含產生基於鄰接操作者所選區域灰度值的中間區灰度值分級。
開始，在框80選擇要求分級的區域。這可用任何選擇手段例如窗、徒手畫的圖、操作者選出的頂點的連接等來實現。其次，如所示框82和84表示的，選擇「亮」和「暗」區域。亮和暗僅用於作為區分梯度強度和導出分級區域的兩灰度級的方向的標誌。沒有將亮和暗區的選擇限制為各一個區域。由於亮和暗區僅涉及用導出需分級的區域之灰度值，動畫製作者可圍繞需分級的區域四周設置多個亮和暗區域。這些亮的和暗的區域可隨機地環繞或鄰近有待分級之區域放置。
在框86，將灰度值分配給亮區和暗區。這些值是將由其導出需分級區域的數值。注意標誌「亮」和「暗」涉及具有小於「暗」區灰度值的灰度值的亮區。這些僅是區分低灰度值區與高灰度值區域的標誌。
在框88表示的步驟中，給待分級區域中的象素分配基於亮和暗區間線性關係的灰度值。
亮和暗區可正好彼此相對放置(在待分級區域的相對側)、或可放置在180°與0°之間的任何位置。當亮區和暗區相互靠近時(即，隔開接近0°)，則它們在待分級區上所具有效果消失。這導致越彼此分開放置亮區和暗區(接近相隔180°)，在等分級區中的視覺變化越大。
圍繞待分級區域放置多個亮和暗區可在待分級區中獲得更多變化效果。這些多個亮和暗區中的每一個可分別認作是亮和暗區域的一部分。
通過處理相應於每暗區中每象素的亮區中各象素而形成分極，每暗區中的每個象素通過待分級區域與亮區中象素線性相關。線性相關涉及亮和暗象素及待分級區域間的關係。待分級區中至少一個象素必須在延伸在每個亮和景區中至少一個象素之間的線段內。沒有該線性關係在待分級或將要經歷分級的區域中將沒有象素存在。
類似地，相對於通過待分級區域與暗區象素線性相關的亮區中各象素來處理暗區中各象素。這些操作發生在相對於通過待分級區域而具有線性關係的相反對比度區域中的每象素的每個亮和暗區中的各象素。在亮和暗區象素之間需要線性關係是因為將亮和暗區彼此相鄰接放置而不要亮區與暗區之間的待分級區域導致待分級區域不存在分級。亮區與暗區之間的距離以及它們的角度關係也影響分級。
一旦待分級區域具有分配給它們灰度值之後，如框90中表明，將新灰度值存儲在下存儲器存儲結構18中。
實際分級過程通過確定亮區與暗區之間的灰度值差異而完成。具有灰度值150的亮區和具有灰度值50的暗區產生差值100。其次，確定在亮區與暗區之間為線性關係的象素個數。然後將亮區和暗區之間灰度值的差按照亮區與暗區之間線性象素的數量「成斜坡」。如果在亮區與暗區之間具有100個象素並且亮區和暗區分別具有150與50的灰度值，則在亮區象素與暗區象素之間的每象素具有增量1。這會產生具有數值51、52、53、...147、148、149的「中間」象素。然後將這些中間值加到待分級區域的適當灰度值上。因此，如果待分級區域在亮區中象素與暗區中象素之間的直線上具有50象素的長度，並且待分級區域放置有亮區的50個象素，那麼待分級區域具有加至最靠近暗區的待分級區域內象素的灰度值101。灰度值102加到待分級區域內下一象素的灰度值上。繼續該過程直到待分級區域中所有象素具有加至它們下面灰度值的偏移值。如果待分級區域的所有象素具有灰度值10，將該值加到各象素的灰度值101...150上。
將新灰度值分配給待分級區域內所有象素。在待分級區域外或在亮區與暗區之間為非線性的區域不受影響。以一象素對為基準確定亮區與暗區(通過待分級區域)之間的所有線性關係，即亮區的象素必須與暗區中象素(通過待分級區)線性相關。
當待分級區域中的象素在多對亮區和暗區(或有效亮區和暗區，歸因於重疊)之間是線性的時出現多分級。這些對不必由單獨對組成，可存在同樣數量的關係。這通過排列多個亮區與暗區對的等級來順序處理。
圖12示出說明疊化特技效果的流程圖。疊化效果用於漸顯或漸隱一個圖象進入另一圖象。這也能夠在多圖象上發生。
在框92，選擇一圖象的漸顯或漸隱的源圖象。在框94，選擇這樣對它進行漸顯或漸隱的圖象。在框95，選擇在其上發生疊化之幀的數量。
框96示出將源圖象疊化進入目標圖象。該疊化在框95選出的幀數目上發生。這反映為百分比。例如，若選擇10個幀，則源圖象象素的百分之十將疊入目標幀。這將一直繼續直到完成疊化。
一旦完成疊化，如框100所示該過程結束。該過程一直循環只到完成疊化過程，並且越來越多的源圖象淡入(或淡出)目標圖象只到疊化完成。
這對於從場景到場景的逐漸變換或出現諸如重影的特徵是非常有用的手段。
圖13示出說明合併特技效果的流程圖。合併特技效果類似於疊化，除了以源象素灰度值預選百分比僅在一個幀中發生從源到目標的傳遞之外。
合併用於諸如通過火或煙顯現圖象的透明效果以及圖象的反射。實例包含反映在磚地(目標)上的人象(源)，從而通過反射的(透明的)源象可看清磚地。
圖14示出說明組合特技效果的流程圖。組合特技效果以動畫透明片方式工作。這允許生成組合在一起的幾個層以形成最終圖象。這是動畫製作中的通常情形，並用於生成和產生完整動畫片或一角色部分的各個部分。例如，該措施允許動畫製作者隔離圖象或圖象的一部分並生成那些單個圖象或部分圖象的動畫片。然後可將這種「子動畫片」組合到其它圖象或圖象的部分中。這樣做的一個實例是使眨眼獨立於眼睛所在的臉面而活動，儘管每幀為一序列，眼睛的不同「眨動」可組合到臉的圖形中。在整個序列上，眼睛的眨動或整個眨動出現在該圖象的臉上。另一實例是使一個動畫片組作用在背景上而另一組工作在前景，第三組作用在主要角色上，以及第四組作用在次要角色上。對於最終的成品所有這些「層」必段集合在一起(組合)。
組合措施實現從源圖象到目標圖象的絕對轉換。在框108，選擇源圖象。在框110，選擇目標圖象。在框112圖象被組合，由源圖象重寫被目標圖象佔據的任何存儲單元。
可進行組合以便源圖象僅傳遞到沒有預先存在的色罩或不可指定象素色罩的區域。因此，走在另一角色之後的角色將顯示在該角色之後走路而不與該角色的部分相互混合，就好象它們是透明的。如果實現了組合，則該過程完成。如果未完成(存在需組合的其它層)，該過程返回到框108進行循環。
當然，動畫製作者必須確定組合的次序以便使出現在背景之前的角色沒有被背景圖象相應區域重寫的部分。
圖15示出說明象素偏移特技效果過程的流程圖。該樣做允許動畫製作者跨越一系列幀拍攝背景圖象，產生這種背景圖象的移動效果。可沿預定軌跡設立許多圖象，例如天空飄過的雲彩。利用該象素偏移手段，雲朵可在X和Y坐標距離以及由動畫製作者預設的速度進行轉換。這一幀接一幀地出現並能夠在圖象已離開屏幕「邊界」之後輪轉。象素偏移的速度可以改變從而存在移過屏幕之單體的慢入和慢出視在運動。而且，移動的軌跡可編入象素偏移運算。
在框118，選擇需偏移的圖象。在框120，選擇偏移距離的X和Y坐標。在框122，偏移完成。這轉換為移過屏幕的圖象。最後，在框124，當它們已離開屏幕返回到該屏幕的另一側時即實現循環圖象的選擇。這允許圖象「重疊」到下一幀的起始位置。
圖16示出說明自動中間特技效果的流程圖。角色或圖象沿預定軌跡或通過預定旋轉移動時(均以有關恆定速率)該措施是有用的。這種概念的一個實例是滾過屏幕的角色。另一個實例是角色臂或腿或頭等的移動。可由該方法確定任何可預計的移動。
在框126，選擇需要進行自動中間處理的圖象(或圖象的一部分)。在框128，選擇沿確定點旋轉的角度。在框130，選擇圖象的軌跡。注意若圖象不旋轉，將僅選出軌跡。相反，如果圖象只旋轉而不移動，則只選擇旋轉角度。也有可能選擇特定位置而不提供對圖象將要夠過的距離的測量。在框132，選出正進行移動的幀數。最後，在框134，由該系統確定中間幀。
模糊功能允許動畫製作者通過將選出數量象素的灰度值平均而模糊或淡化彩色。當選擇圖象的一部分(即，臉上的「粉紅」面頰)時，建立由需變模糊部分和模糊漸顯圖象周圍區域組成的有效色罩。一實施例可以是指定臉的輪廓而無眼睛、鼻子等。但具有模糊為色罩的面頰。
該色罩顯示在圖形位平面12中。其次，不是部分色罩上的圖象部分以它們在色罩上的適當位置顯示在圖形位於平面12中。這表示眼睛，鼻子等顯示在臉上。下面，在受到包括在該處理過程中的平均處理的象素每側選擇相應於象素個數的值。然後。對每一顯示出的象素算出選擇數量相鄰象素的平均灰度值並分配給正進行處理的象素。這些新灰度值僅為有效色罩內的象素存儲，即為由於模糊(淡化)結果而具有新灰度值的面頰和周圍象素。
權利要求
1.一種計算機化動畫製作系統，它含有用於存儲一系列圖象的裝置和用於存儲圖象信息的存儲器結構，所述圖象各含有多個象素，所述存儲器結構含有多個位平面，其再分為至少兩個存儲結構，即暫時存儲作為一組矢量值的算子修正圖案信息的第一存儲結構，以及存儲所述操作者修正圖象信息的光柵表示的第二存儲結構。
2.如權利要求1所述的計算機化動畫製作系統，其特徵在於存儲在所述第一存儲結構中的所述圖象以操作者選擇彩色顯示在顯示裝置上。
3.如權利要求1所述的計算機化動畫製作系統，其特徵在於所述第二存儲結構至少進一步包含一個位平面。
4.如權利要求3所述的計算機化動畫製作系統，其特徵在於所述第二存儲結構含有4個位平面。
5.如權利要求3所述的計算機化動畫製作系統，其特徵在於存儲在所述位平面中的圖象以操作者選擇彩色顯示在顯示裝置上。
6.如權利要求4所述的計算機化動畫製作系統，其特徵在於存儲在每個所述位平面中的每個所述圖象以與所述位平面有關的操作者選擇彩色加以顯示。
7.一種基於計算機用於製作動畫圖象的方法，該方法含有下列步驟a)建立和顯示第一圖象，所述圖象含有矢量定義直線並作為一組矢量值存儲在矢量存儲結構的第一存儲單元中，b)在第一光柵存儲結構的第一存儲單元中暫時存儲所述第一圖象作為光柵定義圖象，c)建立和顯示第二圖象，所述第二圖象含有矢量定義直線並作為一組矢量存儲在所述矢量存儲結構的第二存儲單元中，d)在所述第一光柵存儲結構第二存儲單元中暫時存儲所述第二圖象作為光柵定義圖象，e)建立表示從所述第一圖象至所述第二圖象的轉換的第三圖象，所述第三圖象含有矢量定義直線並作為一組矢量值存儲在所述第一光柵存儲結構的第三存儲單元中，f)在所述第一光柵存儲結構的第三存儲單元中存儲所述第三圖象作為光柵定義圖象。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於當建立所述第二圖象時顯示所述第一圖象。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於當建立所述第三圖象時同時顯示所述第一圖象和所述第二圖象。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於所述所顯示第一圖象是以不同於所述第二圖象的彩色顯示的。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於以第一色彩顯示所述顯示的第一圖象，以第二色彩顯示所述已顯示第二圖象，以及以第三色彩顯示所述第三圖象，
12.在基於計算機的動畫圖象方法中，其特徵在於以下改進部分a)建立與第一光柵定義圖象相關的第二圖象，所述第二圖象含有一組矢量定義直線，以及b)將所述第二圖象存儲在存儲器中作為光柵定義圖象。
13.一種基於計算機用於對象素組成圖象設置色調的方法，所述象素具有指定灰度值，該方法含有以下步驟a)選擇所述圖象的象素麵，b)選擇加於所述選出象素的灰度比例值，以及c)將所述灰度值施加於所述選出象素，所述施加代替所述選出象素的任何基礎灰度值。
14.一種基於計算機、用於對由與灰度值有關的象素組成圖象形成陰影的方法，其特徵在於含有下列步驟a)選擇所述圖象的象素麵，b)選擇所述選出象素將偏離的灰度偏差，以及c)將所述灰度值施加於所述選出象素，所述施加代替基礎灰度值，所述選出象素具有等於原始灰度值加上所述選出灰度偏差的新灰度值。
15.一種基於計算機、用於對象素組成圖象進行逐級設置色調的方法，包含以下步驟a)選擇被作用的所述圖象的象素麵，b)選擇象素的第一和第二區域，所述面的至少部分位於所述第一和第二區域之間的直線上，c)為所述第一和第二區域設定不同序數值，以用作所述第一和第二區域之間通過所述面的所有直線上的線性斜坡函數的終端點，d)將一灰度增量加到所述面中沿所述直線各象素的先存灰度值上，所述灰度增量的大小由所述斜坡函數決定，e)用反映所述增量的增加的新灰度值代替所述面中沿所述直線的每個象素的先存灰度比例值。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於一個或兩個所述區域含有圍繞所述面放置的象素的細分區域。
17.如權利要求7所述的方法，其特徵在於還含有重複步驟a)至f)的步驟，用在步驟e)建立的所述第三圖象變成新的第一圖象。
18.如權利要求7所述的方法，其特徵在於還含有重複步驟a)至f)的步驟，用在步驟e)建立的所述第三圖象變成新的第二圖象。
19.如權利要求7所述的方法，其特徵在於暫時存儲的圖象各自以分配給每個位平面的恢復值存儲在分開的第二光柵存儲結構中。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於每個獨立第二光柵存儲結構對應於圖象動畫序列的一個幀。
21.如權利要求20所述的方法，其特徵在於存儲在各個第二光柵存儲結構中的圖象是循環的並顯示在顯示器上以顯示出動畫片。
22.如權利要求21所述的方法，其特徵在於以預先方向、預選速率自動進行圖象的循環。
全文摘要
含有一系列存儲在存儲器存儲結構中的圖象的計算機化動畫製作系統的裝置和方法。這些圖象由圖形單元組成，存儲器存儲結構含有多個位平面，所述平面進一步細分為至少兩個存儲結構。第一存儲結構用於存儲以矢量表示的操作者修正圖象信息，第二存儲結構用於存儲操作者修正圖象信息的光柵表示。該裝置包含顯示來自第二存儲結構的多圖象的裝置以便於建立附加圖象。
文檔編號G06T15/70GK1057729SQ9110352
公開日1992年1月8日 申請日期1991年5月22日 優先權日1990年5月22日
發明者巴裡·B·桑德魯, 戴維·漢比 申請人:美國軟片科技有限公司