专利名称：三维立体动画和可远视的三维立体画及其制作方法
技术领域：
本发明从原理理解上属于物理光学成像、生物视觉技术领域，从技术实现上属于数学几何、计算机图像技术领域，从发明应用上主要应用于艺术领域。
背景技术：
所述三维立体画作为一种艺术，正处于该艺术的发展的初级阶段，制作这种艺术品往往需要作者即懂得这门技术的原理，对计算机作图又要有深刻的理解，并可以利用一种计算机语言编写图形处理的程序，还需要艺术创作出一些立体模型，才能够作出一幅精致的三维立体画。这就像传统绘画中，做毛笔、做砚台、做纸张与做书画的是同一个人一样，分工未得到细化，由于这种艺术品生产往往是小作坊式的，所以在技术上往往存在很多的局限，这些局限会阻碍这种艺术产品的发展。随着计算机技术的普及，人们的知识水平的提高，包括人们对自身的了解和认识的提高，三维立体画这项技术含量很高的艺术将有着更为广阔和更为深层的发展空间。正如前面所述，更多的三维立体画往往作为一种个人爱好，小玩意；并未考虑到其作为艺术品的商业价值。一般的三维立体画往往幅面比较小，只能放在近处观看；如果只是单一的把图像放大，然后放在远处观看的话，则会导致原始的图形失真，迷失原来三维立体画所要表达的含义。
发明内容
本发明的内容主要有两方面的内容。第一个方面的内容，把三维立体画的艺术形式与现在的动画技术相结合起来，形成一种新的给人一种特殊的艺术感染力的动画形式，三维立体动画。第二个方面的内容，改进原有的三维立体画制作方案，制作出适合远观的三维立体画；一般的三维立体画往往幅面比较小，只能放在近处观看，如果只是单一的把图像放大，然后放在远处观看的话，则会导致原始的图形失真，迷失原来三维立体画所要表达的含义；改进后的适合远观的三维立体画，更适合做成大幅面放在远处观看，可产生更为细腻的凹凸感效果。
具体内容如下一种三维立体动画基于一种三维立体画制作的三维立体动画，这种三维立体画由两个或两个以上的相类似的单体图像的沿图像表面视觉水平方向排布组成，当双眼视线聚焦于这种三维立体画的前方或后方的某区域可看出的凹凸感图像，单体图像与凹凸感的图像可以表现不同的内容；三维立体动画，同时携带两层动画内容，第一层动画可以直接看出，与看普通动画一样；第二层动画，是带有凹凸感的图像动画，需双眼视线聚焦于动画画面的前方或后方的某区域才能够看出；第一层动画与第二层带有凹凸感的动画可表现的不同的动画内容。以上述三维立体动画基础，根据动画的播放配上相应的声音，形成一种配有声音三维立体动画。
一种可远观三维立体画这种可远观三维立体画由两个或两个以上的相类似的单体图像的沿图像表面视觉水平方向排布组成，其单体图像的宽度可以大于双眼目距；这种可远观的三位体图像的幅面可做得很大，并适合放在远处观看，可产生更加细腻的凹凸感图像效果；观看者在观看可远观三维立体画时，把双眼视线聚焦于画面前方某区域，才能看出带有凹凸立体感图像的最佳效果。
所述三维立体动画的制作方法，先用制作三维立体画的软件制作出一系列的单幅的三维立体画出来，然后再利用动画制作或电影制作的工具把这这些单幅的图片按照次序结合起来，使动画的每一帧都放有一幅三维立体画，并调整每一帧里的三维立体画的图像大小与位置，可以根据需要配上声音，在播放动画时这些图片按顺序的在屏幕上显示出来，达到动画的效果。
可远观三维立体画的制作方法把三维立体画的所要表现凹凸感的图像位置置于三维立体画画面与双眼之间；并基于此建立的可远观的三维立体画制作模型，模型中双眼视线的交点在所要表现的凹凸感立体物的表面上，左眼视线和右眼视线分别与三维立体画画面交于两个交点；根据所述模型可建立左眼视线和右眼视线分别与三维立体画画面相交产生的两交点的对应关系函数；选取一幅图画，作为生成整个三维立体画的基础图，调整基础图并固定于要生成的三维立体画内；根据建立的两点对应关系函数，对基础图进行必要的修改，要求基础图内满足两点对应关系函数的任意两点的颜色相同；再根据建立的两点对应关系函数，与调整后的基础图，补全三维立体画内基础图区域外的图画内容，同样要保证整个三维立体画内满足两点对应关系函数的任意两点的颜色相同。
图1，可远观的三维立体画制作原理俯图建立三维坐标系XYZ；附图1中中间的折线为所述的三维立体画要表现的凹凸感的物像，可简称其为立体物；上方的横线表示为要生成的三维立体画所在的画面，可简称为屏；下面的两个椭圆表示双眼，左眼中点EL坐标(ELx，ELy，ELz)，右眼中点ER坐标(ERx，ERy，ERz)；从双眼中点引出的两条虚线为双眼的视线，两视线相交，其交点W在立体物表面上，W点的坐标(Wx，Wy，Wz)满足立体物表面方程；左眼视线与屏相交，交点A坐标(Ax，Ay，Az)，右眼视线与屏的相交，交点B坐标(Bx，By，Bz)；为了便于计算，调整三维坐标系，Y轴垂直于屏，X轴平行于双眼中点的连线同时也平行于屏，X轴与Y轴相交于原点O，Z轴垂直与X和Y轴方向垂直纸面向上；左眼视线与X轴正方向组成的交角为JXl，右眼视线与X轴正方向组成的交角为JXr；在制作三维立体画之前先确定几个参数，双眼中点之间的距离ED，简称目距，双眼到屏幕的垂直距离WL，简称屏距，左眼坐标EL，立体物的表面方程(如Wy＝(Wx，Wz))；点A与点B为两个相对应的点，在生成后的三维立体画上此两点具有相同的颜色。
图2，三维立体画的组成图三维立体画由两部分组成，一部分是基础图区，一部分是生成图区；双眼视线的交点在所要表现的凹凸感立体物的表面上，左眼视线和右眼视线分别与三维立体画画面交于两个交点，左边的交点A坐标(Ax，Ay，Az)，右边的交点B坐标(Bx，By，Bz)；基础图区内的图为生成整个三维立体画的基础图，基础图可以在整个三维立体画的左侧、右侧、或中间某个位置，基础图区的高度与三维立体画的高度相同。
图3，一般的三维立体画制作原理俯图建立三维坐标系XYZ；附图1中上方的拆线为所述的三维立体画要表现的凹凸感的物像，可简称其为立体物；中间的横线表示为要生成的三维立体画所在的画面，可简称为屏；下面的两个椭圆表示双眼，左眼中点EL坐标(ELx，ELy，ELz)，右眼中点ER坐标(ERx，ERy，ERz)；从双眼中点引出的两条虚线为双眼的视线，两视线相交，其交点W在立体物表面上，W点的坐标(Wx，Wy，Wz)满足立体物表面方程；左眼视线与屏相交，交点A坐标(Ax，Ay，Az)，右眼视线与屏的相交，交点B坐标(Bx，By，Bz)；左眼视线与X轴正方向组成的交角为JXl，右眼视线与X轴正方向组成的交角为JXr；与图1不同，此图的屏在立体物与双眼之间，图1是立体物在屏与双眼之间，其他基本保持一致。
具体实施例方式
所述三维立体动画，是基于一种三维立体画技术而产生的动画，这种三维立体画是由一连串相类似的单体图像的沿图像表面视觉水平方向并排紧凑的排布组成，这些类似的单体图像个数大于等于2。所述三维立体画与众不同的可携带两层信息，第一层表面图片信息观看方法与普通图像无太大差别，第二层信息需观察者把双眼聚焦于画面前方或后方才能看出带有凹凸感的立体图像。两层信息可以表现内容的可无联系性，第一层信息与第二层信息的在表现的内容上可以无联系，例如第一层表现的是树林，而第二层表现的是只小鸟(也可以有联系或相关)第二层信息的隐含性，第二层信息不会轻易的被观察者看出，需要观察者面对图像把双眼聚焦于图像的前方或后方才能看出；无法熟练观看出三维立体画得观看者，需要多次并有耐心的训练后才能看出，所以，第二层隐含的内容对于那些没有耐心的观看者来说是非常吊胃口的。无需借助任何辅助设备，不同于其他以往的立体动画，不需要借助的什么特别的眼镜或者观看器材利用双眼就能够看出带有凹凸感的立体效果。对于计算机的依赖性，制作一幅效果精良的三维立体画，需要依赖于大量的计算机较为复杂的计算才能够解决，很难依赖于简单的手工绘出。
三维立体动画的具体实施方法，先用制作三维立体画的软件制作出一系列的单幅的三维立体画出来，然后再利用动画制作或电影制作的工具把这这些单幅的图片按照次序结合起来，使动画的每一帧都放有一幅三维立体画，并调整每一帧里的三维立体画的图像大小与位置，可以根据需要配上声音，在播放动画时这些图片按顺序的在屏幕上显示出来，达到动画的效果。
制作可远观的三维立体画，这种可远观三维立体画由两个或两个以上的相类似的单体图像的沿图像表面视觉水平方向排布组成，其单体图像的宽度可以大于双眼目距；这种可远观的三位体图像的幅面可做得很大，并适合放在远处观看，可产生更加细腻的凹凸感图像效果；观看者在观看可远观三维立体画时，把双眼视线聚焦于画面前方某区域，才能看出带有凹凸立体感图像的最佳效果。
现在常见的三维立体画一般只能放在近处观看，如果是通过简单放大放置在远处观看的话，图像的凹凸效果变差或者失真，这是由于大部分三维立体画都是基于附图3原理或其简化算法制作而成的。参照附图3的模型制作出的三维立体画有两个特点使得该原理下的三维立体画无法适合远观1)两视线交点在屏后方，对应两点之间的距离小于目距(AB＜ED)，由于屏放在远处，对应两点的距离始终不能超过目距，导致肉眼看到的屏上的图像的分辨率下降；2)两视线交点在屏后方，双眼到立体物的距离将大于双眼到屏的距离，由于双眼视线判断距离依靠两个视线角JXl和JXr判定的，当屏幕放置离双目距离越远，立体物也就离双目距离越远，在双目观看立体物时JXl与JXr产生的变化量也就会越少，双眼判断物体距离的灵敏度也就随之下降，而导致凹凸感的下降。简单说基于附图3原理制作的三维立体画，离双眼距离越远，图画所产生的凹凸感就越不好，所以并不适合远处观看。
可远观的三维立体画是基于图1的原理制作而成的三维立体画，与图3的原理模型不同在于，图1的立体物在屏与两眼之间。1)两视线交点在屏的前方，对应两点之间的距离可以大于目距并不受其限制，由于两对应点的距离可大于目距，则立体画所表现的立体感可以更加清晰，层次感更加细腻；2)两视线的交线在屏的前方，可以不受屏放置远近的影响，无论把屏放置多远，只要固定立体物的位置为近处，相应改变屏的大小，制作出的三维立体画可达到很好的凹凸感效果，而不受屏远处放置的影响。
制作可远观的三维立体画，首先，根据图1所示，先找到屏上点A(Ax，Ay，Az)与B(Bx，By，Bz)对应两点的函数关系F，F满足A＝F(B)，B＝F-1(A)，也就是说从通过A点的坐标求出B点的坐标，通过B点坐标求出A点坐标。F的具体方法如下，根据屏点B和右眼坐标，求出右眼视线与立体物的焦点W，计算机实现方法(计算方法不唯一，此方法可作参考)
Q＝1/2Imax＝10For I＝1 to ImaxX＝ERx+Q*(ERx-Bx)Z＝ERz+Q*(ERz-Bz)Y＝ERy+Q*(ERy-By)Wy＝G(X，Z)If Y＞Wy then K＝-1 Else K＝1Q＝Q+k*(1/2)^(i+1)NextWx＝ERx+Q*(ERx-Bx)Wz＝ERz+Q*(ERz-Bz)Wy＝ERy+Q*(ERy-By)求出W的坐标后，再根据左眼坐标(ELx，Ely，Elz)，可求出点A的坐标，计算机实现方法(计算方法不唯一，此方法可作参考)Ax＝ELx+(Wx-ELx)/QAz＝ELz+(Wz-ELz)/QAy＝ByF-1的求法与F是对等的，相关的变量A与B和EL与ER相交换就可以求出F-1来。
其次，根据图2所示，把一张图片放入屏内，图的位置可以在左，也可以在右，或者中间的某个位置，放入图片的纵向要填满屏，放入图片的宽度应该等于或略大于图片所在位置中的任意对应的两点之间的距离，放入图片所在图区为基础图区，屏内的基础图区外的图区为未知图区，未知图区的图画是根据基础图区和计算机语言描述的函数F和F-1生成的，生成后为生成图区。生成图区分为左侧生成图区，右侧生成图区。生成图区生成方法，计算机实现方法(计算方法不唯一，此方法可作参考)For x＝基础图区.left to屏.rightFor z＝屏.top to屏.bottomAx＝xAz＝zB＝F-1(A)屏.点[Ax，Az].color＝屏.点[Bx，Bz].colorNextNext
If基础图区.left＝屏.left thenFor x＝基础图区.left to屏.leftFor z＝屏.top to屏.bottomBx＝xBz＝zA＝F(B)屏.点[Bx，Bz].color＝屏.点[Ax，Az].colorNextNextEnd if当程序运行完上述语句，以幅基于附图1模型制作的三维立体画生成了。
权利要求
1.一种基于三维立体画制作的三维立体动画，这种三维立体画由两个或两个以上的相类似的单体图像沿图像表面视觉水平方向排布组成，当双眼视线聚焦于这种三维立体画的前方或后方的某区域可看出的凹凸感图像，单体图像与凹凸感的图像可以表现不同的内容；三维立体动画，同时携带两层动画内容，第一层动画可以直接看出，与看普通动画一样；第二层动画，是带有凹凸感的图像动画，需双眼视线聚焦于动画画面的前方或后方的某区域才能够看出；第一层动画与第二层带有凹凸感的动画可表现的不同的动画内容。
2.根据权利要求1所述三维立体动画，其特征在于，随动画的播放配上相应的声音，形成一种配有声音三维立体动画。
3.制作权利要求1或2的三维立体动画的制作方法，先用制作三维立体画的软件制作出一系列的单幅的三维立体画出来，然后再利用动画制作或电影制作的工具把这这些单幅的图片按照次序结合起来，使动画的每一帧都放有一幅三维立体画，并调整每一帧里的三维立体画的图像大小与位置，可以根据需要配上声音，在播放动画时这些图片按顺序的在屏幕上显示出来，达到动画的效果。
4.一种可远观三维立体画这种可远观三维立体画由两个或两个以上的相类似的单体图像的沿图像表面视觉水平方向排布组成，其单体图像的宽度可以大于双眼目距；这种可远观的三位体图像的幅面可做得很大，并适合放在远处观看，可产生更加细腻的凹凸感图像效果；观看者在观看可远观三维立体画时，把双眼视线聚焦于画面前方某区域，才能看出带有凹凸立体感图像的最佳效果。
5.制作权利要求4的可远观三维立体画的制作方法把三维立体画的所要表现凹凸感的图像位置置于三维立体画画面与双眼之间；并基于此建立的可远观的三维立体画制作模型，模型中双眼视线的交点在所要表现的凹凸感立体物的表面上，左眼视线和右眼视线分别与三维立体画画面交于两个交点；根据所述模型可建立左眼视线和右眼视线分别与三维立体画画面相交产生的两交点的对应关系函数；选取一幅图画，作为生成整个三维立体画的基础图，调整基础图并固定于要生成的三维立体画内；根据建立的两点对应关系函数，对基础图进行必要的修改，要求基础图内满足两点对应关系函数的任意两点的颜色相同；再根据建立的两点对应关系函数，与调整后的基础图，补全三维立体画内基础图区域外的图画内容，同样要保证整个三维立体画内满足两点对应关系函数的任意两点的颜色相同。
全文摘要
本项技术从原理理解上属于物理光学成像、生物视觉技术领域，从技术实现上属于数学几何、计算机图像技术领域，从发明应用上主要应用于艺术领域。公开了带有2层图像信息和1层声音信息的三维立体动画产品。提出了制作该类三维立体动画的方案。并解决了三维立体画放在远处观看时凹凸感变差的问题，使三维立体画的所要表现立体物凹凸感位置置于三维立体画与双眼之间。三维立体画属于技术含量非产高并极度依赖于计算机的艺术产品。随着计算机的发展，和人们对于自然界与自身的了解加深，这类艺术产品的大众化将是势在必行的，这项技术应用于广告业、短信交流、艺术品收藏、个人爱好等艺术相关的行业中，丰富人们对自身视觉的认识。
文档编号G06T15/70GK1728180SQ20041007066
公开日2006年2月1日 申请日期2004年7月29日 优先权日2004年7月29日
发明者张文涛 申请人:张文涛