一种利用布娃娃物理系统模拟人物角色死亡的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用布娃娃物理系统模拟人物角色死亡的方法，主要包括：渲染模型、骨骼架构和物理模型的层次关系；基于骨骼架构、物理模型和蒙皮模型三者之间的层次关系，计算得到每个骨骼的世界矩阵；根据每个骨骼的世界矩阵和时间变化量得到骨骼的死亡速度。本发明所述利用布娃娃物理系统模拟人物角色死亡的方法，可以克服现有技术中重复工作量大、动作缺乏新意和工作效率低等缺陷，以实现重复工作量小、动作具有新意和工作效率高的优点。
【专利说明】一种利用布娃娃物理系统模拟人物角色死亡的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算机【技术领域】，具体地，涉及一种利用布娃娃物理系统模拟人物角 色死亡的方法。
【背景技术】
[0002] 布娃娃物理系统（Ragdoll physics)通常被用于电子游戏中物理引擎中代替传统 静态画面的可变性角色动画系统。游戏中实现实时动画已经变为现实，现在人们利用三维 工具开发工具建立一个角色模型，并为合适的角色模型设定骨骼，利用底层的引擎控制角 色的变换，由于之前的技术限制，骨骼的移动没有像角色肌肉的来约束，在实际的运用过程 中，经常出现将骨骼移动到一个现实中不可能实现的位置，这种系统通常用于网络游戏中 的射击类游戏和动作游戏中，目前的游戏中很少用到布娃娃物理系统，一般的都是当击中 目标时，直接在三维软件中做好的动画然后放进游戏中，以达到真实的角色受攻击时的状 态，但是随着游戏的越来越复杂，这中方法的缺点也变的显著： ⑴每次制作新的产品时，都要为人物重新制作一套动画； ⑵对于同样的人物受外力攻击时，死亡姿态动作重复，缺乏新意； ⑶增减了游戏制作者对人物设计动作的工作量，无法提高效率。
[0003] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在重复工作量大、动作缺 乏新意和工作效率低等缺陷。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种利用布娃娃物理系统模拟人物角色 死亡的方法，以实现重复工作量小、动作具有新意和工作效率高的优点。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用布娃娃物理系统模拟人物 角色死亡的方法，主要包括： a、 渲染模型、骨骼架构和物理模型的层次关系； b、 基于骨骼架构、物理模型和蒙皮模型三者之间的层次关系，计算得到每个骨骼的世 界矩阵； c、 根据每个骨骼的世界矩阵和时间变化量得到骨骼的死亡速度。
[0006] 进一步地，所述步骤a，具体包括： 在三维软件中制作完成的角色模型导出时，包括角色的蒙皮模型，骨骼模型，还有一些 用于碰撞检测的物理模型，还有骨骼之间的变换的矩阵信息； 骨骼架构置于渲染模型内部，当骨骼运动的时候会牵引着蒙皮一起运动；物理模型是 近似的包裹了渲染模型外部，并为物理模型设定一定的质量；一般人物角色规定是由13个 立方体构成角色的骨骼组成，这13块骨骼分别为：头、左右上臂，左右下臂，脊柱2块，左右 大腿，左右小腿，左右脚； 对于物理模型的13立方体构成的骨架系统，不同的骨骼绕关节转动，正常情况下可以 分为下面几种情况： ⑴人物头部骨骼绕脖子关节转动，转动的弧度是一个倒角的圆锥体； ⑵膝关节可以前后有一定范围的摆动； ⑶肘关节和肩部关节可绕对应关节在范围内转动。
[0007] 进一步地，所述步骤b，具体包括： 物理模型和骨骼模型有对应的绑定关系，用数学表达式来表达其关系，具体的绑定方 法为： 每个模型的移动，缩放，旋转数据信息都能够从底部的引 擎中获得的，把骨骼模型的运动的初始变换世界矩阵信息记作
【权利要求】
1. 一种利用布娃娃物理系统模拟人物角色死亡的方法，其特征在于，主要包括： a、 渲染模型、骨骼架构和物理模型的层次关系； b、 基于骨骼架构、物理模型和蒙皮模型三者之间的层次关系，计算得到每个骨骼的世 界矩阵； c、 根据每个骨骼的世界矩阵和时间变化量得到骨骼的死亡速度。
2. 根据权利要求1所述的利用布娃娃物理系统模拟人物角色死亡的方法，其特征在 于，所述步骤a，具体包括： 在三维软件中制作完成的角色模型导出时，包括角色的蒙皮模型，骨骼模型，还有一些 用于碰撞检测的物理模型，还有骨骼之间的变换的矩阵信息； 骨骼架构置于渲染模型内部，当骨骼运动的时候会牵引着蒙皮一起运动；物理模型是 近似的包裹了渲染模型外部，并为物理模型设定一定的质量；一般人物角色规定是由13个 立方体构成角色的骨骼组成，这13块骨骼分别为：头、左右上臂，左右下臂，脊柱2块，左右 大腿，左右小腿，左右脚； 对于物理模型的13立方体构成的骨架系统，不同的骨骼绕关节转动，正常情况下可以 分为下面几种情况： ⑴人物头部骨骼绕脖子关节转动，转动的弧度是一个倒角的圆锥体； ⑵膝关节可以前后有一定范围的摆动； ⑶肘关节和肩部关节可绕对应关节在范围内转动。
3. 根据权利要求2所述的利用布娃娃物理系统模拟人物角色死亡的方法，其特征在 于，所述步骤b，具体包括： 物理模型和骨骼模型有对应的绑定关系，用数学表达式来表达其关系，具体的绑定方 法为： 每个模型的移动，缩放，旋转数据信息都能够从底部的引 擎中获得的，把骨骼模型的运动的初始变换世界矩阵信息记作 Mj,物理模型运动的初始变换世界矩阵信息记作^,MjiftMs的逆矩阵就等于渲染 模型相对于物理模型的相对矩阵记作pB ,随着时间的流逝,物理模型的矩阵信 息在每刻都不同，这个矩阵信息能够从底部引擎中获取的，得到的相对矩阵是不变的； 这种矩阵的变换关系如下：用公式表示为：
其中表示物理模型矩阵的逆矩阵； 那么骨骼在每时刻的世界矩阵为：
基于公式（1) (2)和物理模型的世界矩阵信息得到每个骨骼每时刻的世界矩阵信息； 那么根据人体的13块骨骼信息，得到13块骨骼每时刻的世界矩阵，这些骨骼的世界矩阵来 驱动蒙皮顶点以及这些顶点受那些骨骼影响的权重值进而得到顶点的新位置。
4. 根据权利要求3所述的利用布娃娃物理系统模拟人物角色死亡的方法，其特征在 于，所述步骤c，具体包括： 当人物从有生命到死亡状态转变的过程中，需要将物理模型的世界矩阵和骨骼的世界 矩阵相互转变； 在三维软件中，对人物有生命状态时，通过美术对人物动作的进行插入关键帧实现人 物的动作播放，同时是由关键帧中的骨骼的世界矩阵信息即骨骼模型来驱动渲染模型，同 时也驱动着物理模型，此时的物理模型设定质量为〇,当人物受到手榴弹的攻击时，因为物 理模型的质量可以形成反弹的物理效果，更贴近现实。
5. 根据权利要求4所述的利用布娃娃物理系统模拟人物角色死亡的方法，其特征在 于，在步骤c中，当人物受外力作用死亡的过程中，分为两种情况： (一） 第一种情况，当人物受力不足以当场毙命时，此时分为两种阶段来讨论人物死亡 的过程： a) 其中第一阶段是美术对人物角色死亡状态插入关键帧并播放动画来模拟人物死亡 的短暂过程，是由骨骼模型来驱动完成动画的播放，而不是物理模型来驱动的； b) 第二个阶段是：记录第一阶段美术设定关键帧的最后一帧人物的状态，然后把此时 的状态的骨骼矩阵传给新的渲染模型，在步骤a中，有生命人物同时有蒙皮模型即可见模 型、物理模型、骨骼模型并存，而到第二个阶段，此时的渲染模型不是第一阶段的渲染模型， 二者的顶点数量是一样的，第一个阶段的渲染模型是受20个或者更多的骨骼模型来支配 其运动，而新的渲染模型只受到13块骨骼的影响，这个阶段人物的运动状态有本引擎接管 并驱动完成，而不是设定的关键帧动画，这个过程是由物理模型驱动骨骼模型，骨骼模型再 驱动渲染模型来完成的； (二） 第二种情况：当人物受力的作用很大时，直接由物理模型来接管完成人物死亡的 过程。
6. 根据权利要求5所述的利用布娃娃物理系统模拟人物角色死亡的方法，其特征在 于，在第一种情况中，基于第二
个阶段，用力学冲量定理来表达： 其中J为冲量，F为作用力，m为质量，V为速度，t为时间； 在上述公式（3)中，在引擎底层这个F作用力是一个可以调节的已知量，时间的变化量 是应用程序每执行一次循环所花费的时间，然后根据循环上一次和下一次的时间中的每个 骨骼的世界矩阵得到每个骨骼在该时间的一个变化量，而人物的速度计算是根据作用力由 该引擎自身来完成的，然后把这个速度传递给新的渲染模型，来模拟人物的死亡过程。
【文档编号】G06T13/40GK104268920SQ201410448533
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】张翼 申请人:无锡梵天信息技术股份有限公司