一种模拟施工进度的关键帧动画制作方法和装置与流程

本发明涉及关键帧动画生成技术领域，尤其涉及一种模拟施工进度的关键帧动画制作方法和装置。

背景技术：

随着计算机软硬件技术的发展，为了更好地展示建筑施工过程，已经有越来越多的工程项目在投标、评估、汇报等环节中，通过三维动画技术模拟和展示关键施工过程。通过动画展示，能够更形象直观的表达相关的设计理念，显著提升沟通效果。如何帮助用户快速高效的制作施工动画，是相关设计软件需要解决的一个问题。

现有的动画制作流程，一般分为建立模型、设置灯光材质、设置帧、渲染输出等几个步骤，往往需要多款软件配合使用。尤其在制作建筑施工类型的动画过程中，为了充分表达和展示施工过程细节，需要制作灵活的相机镜头动画，例如推拉、环绕、鸟瞰、穿梭漫游等，也需要制作大量建筑物的工期进度状态动画，例如拆建、移动、旋转等。

然而，现有的模拟施工进度的动画制作方式存在着诸多缺点。一方面，现有的相关设计软件(以autodesk3dsmax为例)，在制作关键帧动画时，大多需要繁琐复杂的制作流程，用户需要对模型进行繁琐的动画参数设置，才能实现相应的动画效果；另一方面，需要制作者掌握一定的动画制作知识，使用门槛较高，在施工动画制作者没有较丰富的动画制作背景知识的条件下，利用现有技术制作出镜头动画和施工进度动画互相配合的动画作品，需要花费巨大的学习成本和制作精力，无法快速高效的制作施工动画效果。

技术实现要素：

针对背景技术的不足，本发明提供了一种模拟施工进度的关键帧动画制作方法和装置，用户通过简单几步交互，即可快速制作出形象的施工动画。

本发明提供的一种模拟施工进度的关键帧动画制作方法，包括：

步骤一：定义施工动画数据，将施工动画效果按照类型分类。

步骤二：创建关键帧，具体为：在动画时间轴上选择该关键帧对应的动画时间，新建一个关键帧，该关键帧记录如下相关信息：关键帧对应的动画时间t，施工日期d，当前相机动画状态；通过时间轴，指定该关键帧的施工日期d；通过调整建筑模型视角，锁定该关键帧的相机动画状态。

步骤三：重复上述步骤二，在时间轴上创建一系列关键帧，形成施工动画关键帧序列。

步骤四：根据前后相邻关键帧中记录的所述相关信息，采用线性插值的方式，计算出各中间帧对应的相机动画状态和施工日期动画状态，将场景相机更新到计算后的相机动画状态，将建筑模型更新到对应施工日期的施工日期动画状态，驱动动画时间连续变化，形成连贯的相机动画和施工日期动画效果。

所述相机动画状态包括相机位置p和相机镜头角度a。

所述方法还包括预览或输出动画视频。

在所述步骤一中，可以为任意建筑模型指定一种或多种类型的施工动画效果。所述施工动画效果可以是以下动画效果的一种或多种：

(1)建造效果

通过按时间逐渐显示出建筑模型，模拟实现施工过程中建筑物的建造效果，需要设置建筑模型的建造方向；

(2)拆除效果

通过按时间逐渐隐藏掉建筑模型，模拟实现施工过程中建筑物的拆除效果，需要设置建筑物的拆除方向；

(3)路径效果

通过按时间逐渐移动建筑模型，模拟实现施工过程中施工机械的移动效果，需要指定模型移动路径；

(4)旋转效果

通过按照时间旋转建筑模型，模拟实现施工过程中施工机械的旋转效果，需要设置模型的旋转角度；

(5)强调效果

通过不断变换建筑模型颜色，实现强调某一建筑的效果。

各种动画效果，都需要依照施工计划指定动画的开始日期ds与结束日期de。

采用线性插值的方式计算出各中间帧对应的相机动画状态和施工日期动画状态。

假设动画中某一中间帧动画时刻为t，所述计算出动画中间每一帧的相机动画状态具体为：

在定义的关键帧序列中找出该时刻t前后的两个关键帧k1、k2，两个关键帧对应的动画时刻为t1、t2，对应的相机位置分别为p1、p2，那么，该中间帧相机位置为pt＝p1+(p2-p1)(t-t1)/(t2-t1)；

如果在两个关键帧对应的动画时刻t1、t2所对应的相机角度分别为a1、a2，那么，该中间帧相机的旋转角度为at＝a1+(a2-a1)(t-t1)/(t2-t1)。

假设动画中某一中间帧动画时刻为t，所述计算出动画中间每一帧的施工日期动画状态具体为：

在定义的关键帧序列中找出该时刻t前后的两个关键帧k1、k2，两个关键帧对应的动画时刻分别为t1、t2，对应的施工日期分别为d1、d2，则该中间帧对应的施工日期为dt＝d1+(d2-d1)(t-t1)/(t2-t1)。

假设模型的施工动画起止日期为ds、de，则不同的施工日期动画效果计算过程如下：

(1)建造效果

若建造方向为自下而上，建筑物总体高度为h，那么该中间帧建筑物显示部分高度为ht＝h(dt-ds)/(de-ds)，通过在此高度设置切面，将切面上方的模型进行隐藏，实现建造效果；基于相同的方式也可以计算实现其它方向的建造效果；

(2)拆除效果

若拆除方向为自上而下，建筑物总体高度为h，那么该中间帧建筑物显示部分高度为ht＝h-h(dt-ds)/(de-ds)，通过在此高度设置切面，将切面上方的模型进行隐藏，实现拆除效果；基于相同的方式也可以计算实现其它方向的拆除效果；

(3)路径效果

固定模型的移动速度为v，那么该中间帧模型沿设定路径移动的距离为st＝vt，将模型沿设定路径从起点移动st，即可实现该中间帧模型的路径移动效果；

(4)旋转效果

固定模型的旋转速度为w，那么该中间帧模型的旋转角度为θ＝wt，将模型沿中心旋转角度θ，即可实现该中间帧模型的旋转效果；

(5)强调效果

固定时间间隔，不断变换建筑模型颜色，即可实现强调某一建筑的效果。

本发明还提供了一种模拟施工进度的关键帧动画制作装置，所述装置包括施工动画数据定义模块、关键帧创建模块、关键帧序列创建模块和动画生成模块。

所述施工动画数据定义模块，用于定义施工动画数据，将施工动画效果按照类型分类。

所述关键帧创建模块，用于在动画时间轴上选择该关键帧对应的动画时间，新建一个关键帧，该关键帧记录如下相关信息：关键帧对应的动画时间t，施工日期d，当前相机动画状态；通过时间轴，指定该关键帧的施工日期d；通过调整建筑模型视角，锁定该关键帧的相机动画状态。所述相机动画状态包括相机位置p和相机镜头角度a。

所述关键帧序列创建模块，用于重复执行所述关键帧创建模块所执行的创建关键帧的功能，在时间轴上创建一系列关键帧，形成施工动画关键帧序列。

所述动画生成模块，用于根据前后相邻关键帧中记录的所述相关信息，采用线性插值的方式，计算出各中间帧对应的相机动画状态和施工日期动画状态，将场景相机更新到计算后的相机动画状态，将建筑模型更新到对应施工日期的施工日期动画状态，驱动动画时间连续变化，形成连贯的相机动画和施工日期动画效果。

所述装置还包括预览模块或输出模块，所述预览模块用于预览生成的动画，所述输出模块用户输出生成的动画。

所述施工动画数据定义模块可以为任意建筑模型指定一种或多种类型的施工动画效果。所述施工动画效果可以是以下动画效果的一种或多种：

(1)建造效果

通过按时间逐渐显示出建筑模型，模拟实现施工过程中建筑物的建造效果，需要设置建筑模型的建造方向；

(2)拆除效果

通过按时间逐渐隐藏掉建筑模型，模拟实现施工过程中建筑物的拆除效果，需要设置建筑物的拆除方向；

(3)路径效果

通过按时间逐渐移动建筑模型，模拟实现施工过程中施工机械的移动效果，需要指定模型移动路径；

(4)旋转效果

通过按照时间旋转建筑模型，模拟实现施工过程中施工机械的旋转效果，需要设置模型的旋转角度；

(5)强调效果

通过不断变换建筑模型颜色，实现强调某一建筑的效果。

各种动画效果，都需要依照施工计划指定动画的开始日期ds与结束日期de。

采用线性插值的方式计算出各中间帧对应的相机动画状态和施工日期动画状态。

假设动画中某一中间帧动画时刻为t，所述计算出动画中间每一帧的相机动画状态具体为：

在定义的关键帧序列中找出该时刻t前后的两个关键帧k1、k2，两个关键帧对应的动画时刻为t1、t2，对应的相机位置分别为p1、p2，那么，该中间帧相机位置为pt＝p1+(p2-p1)(t-t1)/(t2-t1)；

如果在两个关键帧对应的动画时刻t1、t2所对应的相机角度分别为a1、a2，那么，该中间帧相机的旋转角度为at＝a1+(a2-a1)(t-t1)/(t2-t1)。

假设动画中某一中间帧动画时刻为t，所述计算出动画中间每一帧的施工日期动画状态具体为：

在定义的关键帧序列中找出该时刻t前后的两个关键帧k1、k2，两个关键帧对应的动画时刻分别为t1、t2，对应的施工日期分别为d1、d2，则该中间帧对应的施工日期为dt＝d1+(d2-d1)(t-t1)/(t2-t1)。

17、根据权利要求16所述的一种模拟施工进度的关键帧动画制作装置，其特征在于，假设模型的施工动画起止日期为ds、de，则不同的施工日期动画效果计算过程如下：

(1)建造效果

若建造方向为自下而上，建筑物总体高度为h，那么该中间帧建筑物显示部分高度为ht＝h(dt-ds)/(de-ds)，通过在此高度设置切面，将切面上方的模型进行隐藏，实现建造效果；基于相同的方式也可以计算实现其它方向的建造效果；

(2)拆除效果

若拆除方向为自上而下，建筑物总体高度为h，那么该中间帧建筑物显示部分高度为ht＝h-h(dt-ds)/(de-ds)，通过在此高度设置切面，将切面上方的模型进行隐藏，实现拆除效果；基于相同的方式也可以计算实现其它方向的拆除效果；

(3)路径效果

固定模型的移动速度为v，那么该中间帧模型沿设定路径移动的距离为st＝vt，将模型沿设定路径从起点移动st，即可实现该中间帧模型的路径移动效果；

(4)旋转效果

固定模型的旋转速度为w，那么该中间帧模型的旋转角度为θ＝wt，将模型沿中心旋转角度θ，即可实现该中间帧模型的旋转效果；

(5)强调效果

固定时间间隔，不断变换建筑模型颜色，即可实现强调某一建筑的效果。

与现有的动画制作方法相比，本发明的模拟施工进度的关键帧动画制作方法和装置，通过将常见的施工动画效果抽象分类，用户可以结合施工进度计划，设置少量动画参数，即可快速定义施工动画数据，大大提升施工进度动画的制作效率；通过场景拍照的方式，快速定义关键帧相机位置和角度，用户不需要掌握太多动画制作背景知识，即可做出流畅的镜头动画；用户通过一个关键帧序列，即可快速制作相机镜头和施工进度叠加的动画效果，操作简便快捷。

附图说明

图1是本申请的一种模拟施工进度的关键帧动画制作方法的流程图；

图2是本申请中的施工动画效果中的建造效果示意图；

图3是本申请中的施工动画效果中的拆除效果示意图；

图4是本申请中的施工动画效果中的路径效果示意图；

图5是本申请中的施工动画效果中的旋转效果示意图；

图6是本申请中的施工动画效果中的强调效果示意图；

图7是本申请中的创建关键帧的示意图；

图8是本申请中的生成动画的示意图；

图9是本申请的一种模拟施工进度的关键帧动画制作装置的模块组成图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供的一种模拟施工进度的关键帧动画制作方法，通过将常见的施工动画效果抽象分类，设置少量参数，快速定义施工动画数据；通过场景拍照的方式，用户可以快速定义关键帧相机位置和角度；通过定义关键帧序列，快速制作出相机和施工进度叠加的动画效果。

如图1-8所示，本实施例中，一种模拟施工进度的关键帧动画制作方法，包括：

步骤一：定义施工动画数据；

本发明的软件将施工动画效果按照常见类型进行分类，用户可以为任意建筑模型指定一种或多种类型的施工动画效果。

所述施工动画效果可以是以下动画效果的一种或多种：

1、建造效果

参见图2，通过按时间逐渐显示出建筑模型，模拟实现施工过程中建筑物的建造效果。

用户需要设置建筑模型的建造方向(世界坐标系xyz三个坐标轴的正反六个方向)，图2为自下而上建造(世界坐标系z轴正方向)。

2、拆除效果

参见图3，通过按时间逐渐隐藏掉建筑模型，模拟实现施工过程中建筑物的拆除效果。

用户需要设置建筑物的拆除方向(同上述“1、建造效果”)，图3为自上而下拆除(世界坐标系z轴反方向)。

3、路径效果

参见图4，通过按时间逐渐移动建筑模型，模拟实现施工过程中施工机械(例如车辆)的移动效果。

用户需要指定模型移动路径。

4、旋转效果

通过按照时间旋转建筑模型，模拟实现施工过程中施工机械(例如塔吊)的旋转效果。

用户需要设置模型的旋转角度。

5、强调效果

通过不断变换建筑模型颜色，实现强调某一建筑的效果。

以上各种动画效果，用户都需要依照施工计划指定动画的开始日期ds与结束日期de。

步骤二：创建关键帧；

参见图7，通过日期时间轴，用户指定该关键帧的施工日期d；通过调整建筑模型视角，用户锁定该关键帧的相机动画状态。

用户在动画时间轴上选择该关键帧对应的动画时间，通过“创建关键帧”按钮，新建一个关键帧，该关键帧记录如下相关信息：关键帧对应的动画时间t，施工日期d，当前相机动画状态(包括相机位置p、相机镜头角度a)；同时截取当前场景的缩略图，作为关键帧的展示信息。

步骤三：创建关键帧序列

重复上述步骤二，用户在动画时间轴上创建一系列关键帧，形成施工动画关键帧序列。

步骤四：生成动画

参见图8，根据前后相邻关键帧中记录的所述相关信息，采用线性插值的方式，计算出动画各中间帧对应的相机动画状态和施工日期动画状态，将场景相机更新到计算后的相机位置和相机镜头角度，将建筑模型更新到对应施工日期的施工日期动画状态，驱动动画时间连续变化，即可形成连贯的相机动画和施工日期动画效果。

假设动画中某一中间帧动画时刻为t，下面详细说明该中间帧的计算过程。

1、相机动画

在用户定义的关键帧序列中找出该时刻t前后的两个关键帧k1、k2，两个关键帧对应的动画时刻为t1、t2，对应的相机位置分别为p1、p2，那么，该中间帧相机位置为pt＝p1+(p2-p1)(t-t1)/(t2-t1)。同理，如果在两个关键帧对应的动画时刻t1、t2所对应的相机角度分别为a1、a2，那么，该中间帧相机的旋转角度为at＝a1+(a2-a1)(t-t1)/(t2-t1)。

2、施工日期动画

在用户定义的关键帧序列中找出该时刻t前后的两个关键帧k1、k2，两个关键帧对应的动画时刻分别为t1、t2，对应的施工日期分别为d1、d2。则该中间帧对应的施工日期为dt＝d1+(d2-d1)(t-t1)/(t2-t1)。假设该模型的施工动画起止日期为ds、de，则不同的施工日期动画效果计算过程如下。

(1)建造效果

若建造方向为自下而上，建筑物总体高度为h，那么该中间帧建筑物显示部分高度为ht＝h(dt-ds)/(de-ds)，通过在此高度设置切面，将切面上方的模型进行隐藏，实现建造效果。基于相同的方式也可以计算实现其它方向的建造效果。

(2)拆除效果

若拆除方向为自上而下，建筑物总体高度为h，那么该中间帧建筑物显示部分高度为ht＝h-h(dt-ds)/(de-ds)，通过在此高度设置切面，将切面上方的模型进行隐藏，实现拆除效果。基于相同的方式也可以计算实现其它方向的拆除效果。

(3)路径效果

固定模型的移动速度为v，那么该中间帧模型沿设定路径移动的距离为st＝vt，将模型沿设定路径从起点移动st，即可实现该中间帧模型的路径移动效果。

(4)旋转效果

固定模型的旋转速度为w，那么该中间帧模型的旋转角度为θ＝wt，将模型沿中心旋转角度θ，即可实现该中间帧模型的旋转效果。

(5)强调效果

固定时间间隔，不断变换建筑模型颜色，即可实现强调某一建筑的效果。

通过上述步骤，用户能够快速制作出相机镜头动画与施工进度动画相结合的动画效果，并输出动画视频。

如图9所示，本实施例中，一种模拟施工进度的关键帧动画制作装置，包括：施工动画数据定义模块、关键帧创建模块、关键帧序列创建模块、动画生成模块、预览模块、输出模块。

所述施工动画数据定义模块，用于定义施工动画数据。

本发明的软件将施工动画效果按照常见类型进行分类，用户可以为任意建筑模型指定一种或多种类型的施工动画效果。

所述施工动画效果可以是以下动画效果的一种或多种：

1、建造效果

参见图2，通过按时间逐渐显示出建筑模型，模拟实现施工过程中建筑物的建造效果。

用户需要设置建筑模型的建造方向(世界坐标系xyz三个坐标轴的正反六个方向)，图2为自下而上建造(世界坐标系z轴正方向)。

2、拆除效果

参见图3，通过按时间逐渐隐藏掉建筑模型，模拟实现施工过程中建筑物的拆除效果。

用户需要设置建筑物的拆除方向(同上述“1、建造效果”)，图3为自上而下拆除(世界坐标系z轴反方向)。

3、路径效果

参见图4，通过按时间逐渐移动建筑模型，模拟实现施工过程中施工机械(例如车辆)的移动效果。

用户需要指定模型移动路径。

4、旋转效果

通过按照时间旋转建筑模型，模拟实现施工过程中施工机械(例如塔吊)的旋转效果。

用户需要设置模型的旋转角度。

5、强调效果

通过不断变换建筑模型颜色，实现强调某一建筑的效果。

以上各种动画效果，用户都需要依照施工计划指定动画的开始日期ds与结束日期de。

所述关键帧创建模块，用于创建关键帧。

参见图7，通过日期时间轴，用户指定该关键帧的施工日期d；通过调整建筑模型视角，用户锁定该关键帧的相机动画状态。

用户在动画时间轴上选择该关键帧对应的动画时间，通过“创建关键帧”按钮，新建一个关键帧，该关键帧记录如下相关信息：关键帧对应的动画时间t，施工日期d，当前相机动画状态(包括相机位置p、相机镜头角度a)；同时截取当前场景的缩略图，作为关键帧的展示信息。

所述关键帧序列创建模块，用于创建关键帧序列。

重复上述步骤二，用户在动画时间轴上创建一系列关键帧，形成施工动画关键帧序列。

所述动画生成模块，用于生成动画。

参见图8，根据前后相邻关键帧中记录的相关信息，采用线性插值的方式，计算出动画各中间帧对应的相机动画状态和施工日期动画状态，将场景相机更新到计算后的相机位置和相机镜头角度，将建筑模型更新到对应施工日期的施工日期动画状态，驱动动画时间连续变化，即可形成连贯的相机动画和施工日期动画效果。

假设动画中某一中间帧动画时刻为t，下面详细说明该中间帧的计算过程。

1、相机动画

在用户定义的关键帧序列中找出该时刻t前后的两个关键帧k1、k2，两个关键帧对应的动画时刻为t1、t2，对应的相机位置分别为p1、p2，那么，该中间帧相机位置为pt＝p1+(p2-p1)(t-t1)/(t2-t1)。同理，如果在两个关键帧对应的动画时刻t1、t2所对应的相机角度分别为a1、a2，那么，该中间帧相机的旋转角度为at＝a1+(a2-a1)(t-t1)/(t2-t1)。

2、施工日期动画

在用户定义的关键帧序列中找出该时刻t前后的两个关键帧k1、k2，两个关键帧对应的动画时刻分别为t1、t2，对应的施工日期分别为d1、d2。则该中间帧对应的施工日期为dt＝d1+(d2-d1)(t-t1)/(t2-t1)。假设该模型的施工动画起止日期为ds、de，则不同的施工日期动画效果计算过程如下。

(1)建造效果

若建造方向为自下而上，建筑物总体高度为h，那么该中间帧建筑物显示部分高度为ht＝h(dt-ds)/(de-ds)，通过在此高度设置切面，将切面上方的模型进行隐藏，实现建造效果。基于相同的方式也可以计算实现其它方向的建造效果。

(2)拆除效果

若拆除方向为自上而下，建筑物总体高度为h，那么该中间帧建筑物显示部分高度为ht＝h-h(dt-ds)/(de-ds)，通过在此高度设置切面，将切面上方的模型进行隐藏，实现拆除效果。基于相同的方式也可以计算实现其它方向的拆除效果。

(3)路径效果

固定模型的移动速度为v，那么该中间帧模型沿设定路径移动的距离为st＝vt，将模型沿设定路径从起点移动st，即可实现该中间帧模型的路径移动效果。

(4)旋转效果

固定模型的旋转速度为w，那么该中间帧模型的旋转角度为θ＝wt，将模型沿中心旋转角度θ，即可实现该中间帧模型的旋转效果。

(5)强调效果

固定时间间隔，不断变换建筑模型颜色，即可实现强调某一建筑的效果。

所述装置还包括预览模块和输出模块，所述预览模块用于预览生成的动画，所述输出模块用户输出生成的动画。

通过上述装置，用户能够快速制作出相机镜头动画与施工进度动画相结合的动画效果，并输出动画视频。

与现有的动画制作方法相比，本发明的模拟施工进度的关键帧动画制作方法和装置，通过将常见的施工动画效果抽象分类，用户可以结合施工进度计划，设置少量动画参数，即可快速定义施工动画数据，大大提升施工进度动画的制作效率；通过场景拍照的方式，快速定义关键帧相机位置和角度，用户不需要掌握太多动画制作背景知识，即可做出流畅的镜头动画；用户通过一个关键帧序列，即可快速制作相机镜头和施工进度叠加的动画效果，操作简便快捷。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等，存储于可读存储介质中的程序可以被处理器执行来完成上述方法对应的功能。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。