
注意:指定的目录是poser 库 而不是poser主程式所在目录
本文提供一种将骨架动作矢量映射到人体骨架模型的一种方法,通过输入各个骨骼的当前方向,反馈给骨架模型,这样就实现了动画的效果。实验开发工具是VC6.0在OpenGL平台上开发完成。阅读对象:
假定读者已经熟悉OpenGL编程,就算不熟悉,只要了解基本的旋转,平移,堆栈 *** 作就好。
假定读者已经了解基本的c++编程,其中需要了解递归的算法,递归的方法请参考一下数据结构吧。
制作过程:
第一步,3D模型准备
这一步骤的目的是提供分解的骨骼模型,它需要导出多个组成身体结构的文件,模型可以不用自己制作,只要到网上找找吧,应该很多,最好是是人体模型,如果用动物的模型也可以,不过需要自己定义映射骨架了,比如图中的骷髅模型是我从人体动画软件poser 5.0找到的。然后使用3d max 将身体的各个部位导出为3ds文件,这个步骤很简单,也不需要有什么3d max的基础。这里有一个小的技巧就是可以选中多个部分作为一个3ds模型导出,比如我需要将左右肩胛骨与脊椎骨肋骨作为同一个部分导出,这样可以将它命名为身体躯干(body)。这样我们就准备了各个3ds文件了,分别是:
身体躯干 BODY.3DS
头部 HEAD.3DS
左臂 LSHOULDER.3DS
右臂 RSHOULDER.3DS
左小臂 LELBOW.3DS
右小臂 RELBOW.3DS
左大腿 LTHIGH.3DS
右大腿 RTHIGH.3DS
左小腿 LFEET.3DS
右小腿 RFEET.3DS
这样这些组成部分就可以灵活的拼接出一个人体来了。
第二步,定义相关的核心数据结构
为了得到运动的各个身体部分数据信息,我们需要存储一些运动信息,主要有:
骨骼ID
骨骼关节的当前位置;r_x,r_y,r_z
骨骼之间的关系,例如手臂是躯干的延伸,而左小臂是左臂的延伸;PID,CID
我们可以通过下图来了解骨骼之间的结构关系
存放3ds文件位置;file_name_3ds
3ds模型的初始化方向;这个是比较抽象一点的概念,它是指从父节点指向子节点的方向,例如左小臂的初始位置是平放向下,那么对应的矢量就是 (-0.2,-1,0)
以下是数据结构部分:
class bone
{
public:
int y
int x
int r_z//现实世界z坐标
int r_y
int r_x
int rotated_X//旋转后的坐标
int rotated_Y
int is_marked//是否已经标记
int PID//父节点
int CID//子节点,目前针对轴关节和膝盖有效
float start_arc_x,end_arc_x//相对父节点的x 左右方向转动角度限制
float start_arc_y,end_arc_y//相对父节点的y 上下方向转动角度限制
float start_arc_z,end_arc_z//相对父节点的z 前后方向转动角度限制
double LengthRatio
char name[80]//名称
char file_name_3ds[180]//3ds文件名称
int ID
bone(int ID,char *name,int PID)
virtual ~bone()
float bone_init_x,bone_init_y,bone_init_z//初始化骨骼的矢量方向,3d max 模型
}
第三步,初始化骨架结构
在定义了bone的结构以后,我们定义一个skeleton类来在第一次初始化时加载这些结构,
obone = bone (2,"head",1)//定义一个bone
strcpy(obone.file_name_3ds,"head.3DS")//设置它的3ds文件名
obone.bone_init_x = 0//初始化骨骼的矢量方向
obone.bone_init_y = 1
obone.bone_init_z = 0
bonevec.push_back (obone)//放入vector结构,这里用到了STL编程技术中的vector
以下是实现的部分代码:
skelecton::skelecton()
{
float fy = 0.56f
float ftx = 0.19f
float ffx = 0.08f
bone obone = bone (1,"neck",0)
bonevec.push_back (obone)
obone = bone (2,"head",1)
strcpy(obone.file_name_3ds,"head.3DS")
obone.bone_init_x = 0
obone.bone_init_y = 1
obone.bone_init_z = 0
bonevec.push_back (obone)
obone = bone (3,"rShoulder",1)
bonevec.push_back (obone)
obone = bone (4,"lShoulder",1)
bonevec.push_back (obone)
obone = bone (5,"rElbow",3)
strcpy(obone.file_name_3ds,"rShoulder.3DS")
obone.bone_init_x = fy
obone.bone_init_y = -1
obone.bone_init_z = 0
obone.CID = 7
bonevec.push_back (obone)
obone = bone (6,"lElbow",4)
strcpy(obone.file_name_3ds,"lShoulder.3DS")
obone.bone_init_x = -fy
obone.bone_init_y = -1
obone.bone_init_z = 0
obone.CID = 8
bonevec.push_back (obone)
//.............太长只给出部分的代码..........................
}
第四步,学习3ds公共的类CLoad3DS,可以用来载入显示模型
这个类是公用一个类,详细的类CLoad3DS的接口信息可以到一个open source项目里参考。http://scourge.sourceforge.net
http://scourge.sourceforge.net/api/3ds_8h-source.html
实际上在使用这个类时候,我做了一些修改,加了得到最大顶点的方法。这个在第五步会说明。
我们定义一个OpenGL的类来做模型控制类,负责载入模型,
CLoad3DS* m_3ds
int OpenGL::Load3DS(int ID, char *filename)
{
if(m_3ds!=NULL) m_3ds->Init(filename,ID)
return 0
}
然后在显示时候调用
int OpenGL::show3ds(int ID)
{
m_3ds->show3ds(ID,0,0,0,2)
return 0
}
第五步,使用递归方法分层次载入模型
这里是重点的内容了,让我们思考一些问题,实现骨骼会随着输入的方向而改变方向,需要做那些事情呢?
首先针对一块骨骼来考虑:
第一,我们需要让骨骼绕着它的节点旋转到输入的方向上
第二,我们需要知道骨骼目前节点的位置,才能旋转。可是我们知道骨骼会跟着它的父骨骼转动的,例如左小臂会跟着左臂转动,当身体转动时左臂也会跟着身体转动的,这里看起来像是有一个父子连动的关系,所以当前节点的位置会与它的父骨骼有关,父骨骼转动的角度,子骨骼也必须转动,所以这里自然想到了递归模型了,至于如何存储这些转动过程呢,还好openGL提供了glPushMatrix()glPopMatrix()那么所有的子骨骼必须包含在父骨骼的glPushMatrix()glPopMatrix()好了,这个变成
//递归实现3d现实
int skelecton::Render_skeleton_3D(int ID)
{
glPushMatrix()//开始记录堆栈
joint_point = pgl->get_joint_point(ID)//找到节点位置
glTranslatef(joint_point.x,joint_point.y,joint_point.z)//坐标移到节点位置
pgl->rotate_bone (vt1,vt2,vto)//旋转骨骼到指定的方向
glTranslatef(-joint_point.x,-joint_point.y,-joint_point.z)//坐标移回来
pgl->show3ds(ID)//显示模型
//遍历子节点
for (theIterator = bonevec.begin()theIterator != bonevec.end()theIterator++)
{
pbone = theIterator
if((pbone->PID == ID) )
{
Render_skeleton_3D(pbone->ID)//递归调用
}
}
glPopMatrix()//退出记录堆栈
}
剩下需要解决的问题就是如何找到节点位置。
寻找节点位置,我们看到上面代码 get_joint_point(ID)就是找到节点了,其实如果不追求高的准确度,我们可以假设每个模型的最高的点即为骨骼的节点,当然这个假设前提是人体模型是正面站立的,手臂自然垂下,这样可以近似认为每个模型的最高的点即为骨骼的节点,这样函数就很简单了,这个方法是修改了Cload3ds类的方法,如下:
Vector3f CLoad3DS::get_joint_point(int j0)
{
CVector3 LastPoint
Vector3f vect
LastPoint.y = -1000
if(j0==2) LastPoint.y = 1000 //头部节点朝下
// 遍历模型中所有的对象
for(int l = 0l <g_3DModel[j0].numOfObjectsl++)
{
if(g_3DModel[j0].pObject.size() <= 0) break// 如果对象的大小小于0,则退出
t3DObject *pObject = &g_3DModel[j0].pObject[l]// 获得当前显示的对象
for(int j = 0j <pObject->numOfFacesj++) // 遍历所有的面
{
for(int tex = 0tex <3tex++) // 遍历三角形的所有点
{
int index = pObject->pFaces[j].vertIndex[tex]// 获得面对每个点的索引
if(j0==2)
{
if(pObject->pVerts[index].y <LastPoint.y )
LastPoint = pObject->pVerts[index]
}
else
{
if(pObject->pVerts[index].y >LastPoint.y )
LastPoint = pObject->pVerts[index]
}
}
}
}
vect.x = LastPoint.x
vect.y = LastPoint.y
vect.z = LastPoint.z
return vect
}
比较特殊的是头部节点是通过脖子连接的,所以它是取最低的点。
现在解决最后的问题了,如何旋转了,具体来讲就是骨骼从原来自然的状态旋转到目前的方向,例如手臂从自然垂下变成抬起,垂下和抬起两个状态的矢量是不同的方向的,如何旋转呢? 这里就要用到了空间几何里的点积和叉积的概念了,简单来讲就是利用点积来求矢量夹角余弦,利用叉积来求两个矢量的法向量,如果你忘记了这些概念,可以回去参考一下高等数学书,这个连接也提供了一些资料,可以帮助理解http://www.gameres.com/Articles/Program/Visual/Other/shiliang.htm
然后呢,我们知道了两个矢量的夹角与它们的法向量,下面的事情就变得简单了,我们让骨骼原来的矢量以法向量为旋转轴,旋转一定角度,这个角度就是两个矢量的夹角,这样问题就解决了,所以这里的代码如下:
int OpenGL::rotate_bone(Vector3f vVector1, Vector3f vVector2, Vector3f vVectorOrgin)
{
Vector3f vt1 = Vector3f(vVector1.x,vVector1.y,vVector1.z)
Vector3f vt2 = Vector3f(vVector2.x,vVector2.y,vVector2.z)
Vector3f vt4 = vt2-vt1
double arc12 = AngleBetweenVectors(vVectorOrgin,vt4)
double rarc12 = 180*arc12/pi
float len= Distance(vt1,vt2)
Vector3f vt3 = Cross(vVectorOrgin,vt4)
glRotatef ((float)rarc12,vt3.x,vt3.y,vt3.z)
return 0
}
这款软件能够加载含有骨骼的3D模型,可读取的3D人物模型格式有FBX、LWO、LWS、OBJ、M3C(仅支持FBX和 M3C 的骨骼),现在的3dsmax/maya可以导出fbx文件,通过这个格式去转没问题。poser要导出obj通过3dsmax/maya转换一下,但是原有的骨骼没法使用了,很可惜,不过我认为poser已经是很方便的3d人物软件,调整人物动态很方便,还有必要转到其它软件去 *** 作吗?如果说嫌它的造型不够好转出去加工还有情可原,但是你要转到一个相似功能的软件去,是否多此一举呢?欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出
微信扫一扫
支付宝扫一扫
评论列表(0条)