专利名称：计算机图形动画制作系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机化动画制作系统，该系统含有一系列以各种表示法存储在多个存储器存储结构中的图象。将图象分解为几个分量，以便于生成和变化图象并施加彩色于其上。
动画制作是一种以下述方式组合一系列手工绘制或计算机绘制图象或这种图象序列的过程，即按照观察者看来，一个或多个图象已从一个帧移动到另一帧。由于电影和录象实际上是一系列相互连接的静止图象，因此有必要使一帧到另一帧的图象相关联以便当以最后生成图象的速度(对录象来说为每秒30帧)示出时帧与帧变化表现为流动的。
最普遍的动画制作技术称为动画透明片(cell)动画制作。在动画透明片(cell)动画制作中，根据该过程的阶段由动画片制作者在透明软片上(或以后转换到透明软片的纸上)手工绘制出各个层或“动画透明片”。一般，每个动画透明片跟踪单个目标。这种类型的系统称之为“纸上”系统。
对于典型的动画透明片动画制作应用，第一步是以条形或轮廓线形式绘出第一帧图象。接着，重新画出该图象，因它将显现为进入远景的许多帧。为举例的目的，该远景帧为进入远景的九个帧。画出这两个帧以后，即进行“中间”步骤。此处，通过画出出现在帧1和9中间的帧(帧5)开始该“中间”(in-betweening)过程。进行该步之后，画出末端帧与第一中间帧(帧1和帧5)之间的帧，并继续下去直到已绘制出发生在连续帧(1到9)中的所有图象。纸上系统的中间步骤是用逆光纸(baclit paper)实现的，因此当他或她正绘制中间帧时外部帧在在中间者的视线中。
“中间”过程的第一步骤(称为铅笔测验)通常用铅笔绘制或在图钉定位的各张纸上绘制。然后将纸绘图形录象以察看该动画片的精确性。这便于检验一组帧的单体的对白同步录音、表示和移动。下一步骤称为上墨水线，这时以墨水按照铅笔图绘出清晰的线条。第三步骤包含复制，接着手工上颜料并最后合成画面。在合成画面过程中，每个帧的所有动画透明片(包含各个动画图象的层)一个叠在另一个上部并摄影形成动画序列的各帧。传统动画透明片的动画制作使用约三个层(透明软片)，这里认为每层为一个“动画透明片”。每个动画透明片以轮廓形式绘制，然后翻转从背后上颜料。其次，将各动画透明片一个在另一个上面地成层以产生最终胶片图象。实际上，尽管包含三个层，但可能实际产生4个或5个动画透明片。这里认为各层自身可包含多个动画透明片。
为产生高质量和更逼真的动画片，让动画图象跟踪将显示图象的声音或谈话总是必要的。为确保声音和图象之间的这种一致性，通常在动画图象之前录制声迹和说话部分，并在形成图象时由动画师跟踪声音。这表示当动画角色正在讲话时，动画师引导嘴部和面部表示与预先录制的声音轨迹同步。
市场上有各种便于图象绘制的软件程序，CAD(计算机动画设计)程序利用一方程产生两点之间的一系列屏幕象素。那么，一个CAD程序可将要绘制的图象表示为一组矢量。利用一个方程表示图象信息考虑到象图象操纵、位移和旋转一类的复杂效果。
其它绘图程序利用光栅表示的图象信息。这也称为位映射(bitmapping)。在这种技术中，将图象作为屏幕上象素的映象来绘制和存储。图象操作是非常受限制的，因为在对每一象素存储的内容和对每一象素显示的内容之间存在一一对应的关系。这是对照基于一个方程或一个矢量的系统而言，在该系统中通过改变方程中的变量可改变各个象素。
然而，光栅表示系统的一个好处是与发生在矢量或基于图形的系统中的复杂计算相比较具有简单性。
本发明包含一种计算机化动画制作系统，该系统含有一系列以各种表示法存储在多个存储器存储结构中的图象。将图象分解为几个分量，以便于生成和变化图象并施加彩色于其上。首先以矢量表示法绘制和修正图象。然后以光栅表示法存储矢量表示的图象以显示和生成后续图象。借助矢量表示的变换或相加对所存储光栅表示进行连续加法或变换，然后将之作为新的光栅表示加以恢复。最后，将灰度级信息和彩色区域信息(其依次访问彩色查寻表)分配给图象的每一象素。然后将该信息用于构造唯一传递函数以产生动画图象的最终彩色形式。
图1示出本发明存储器结构的展开图。
图1A是按照本发明实施例装置的方框图。
图2示出动画制作中使用本发明存储器结构的示意图。
图3示出在本发明下部存储器存储结构中一系列帧的存储。
图4示出在上部-上部存储器存储结构中一系列帧的存储。
图5是本发明动画制作过程的更详细流程图。
图6是图5所示前三步骤的更详细流程图。
图7是灰度级分配过程的更详细流程图。
图8是色彩分配过程的更详细流程图。
图9是色调特技效果的流程图。
图10是阴影特技效果的流程图。
图11是梯度色调特技效果的流程图。
图12是叠化特技效果的流程图。
图13是合并特技效果的流程图。
图14是组合特技效果的流程图。
图15是象素偏移过程的流程图。
图16是自动中间过程的流程图。
图1示出存储器存储结构10。存储器存储结构10包含下部存储器存储结构18，上部存储器存储结构16，上部-上部存储器存储结构14和矢量存储结构22。来自矢量存储结构22的信息转换为光栅信息并在存储于上部存储器存储结构16和下部存储器存储结构18之前存储在存储器结构12中。
上部存储器存储结构16含有多个位平面16a-16d。这些位平面中的每个进一步包含多个位20。位20对应于图形单元(象素)，当在显示器上显示时，该图形单元形成视觉图象。
在存储器存储结构16中，每个位平面16a至16d表示独立的(一电平信息)图象，因此存储器存储结构16包含可存储四个单色图象的四个独立信息位平面。
在本发明中，对于动画制作而言，上部存储器存储结构16中的每4个位平面可包含一个图象。这些图象包含一组位并称为光栅图象。在作移动基准的一个位平面(即位平面16a)中暂时存储光栅表示的图象并随后在作移动基准的另一位平面即位平面16b中存储表示移动的图象或早期图象的动画片为将要形成的动画制作序列作好准备。以该方法使用图象称之为图象的“重影”(ghosting)。
在一图象能够存储在上部存储器存储结构16中的任何位平面中之前，必须首先“绘制”或生成该图象。在本发明中，用计算机动画制作站生成活动图象。在图1A中示出一实例计算机动画制作站8的框图。该动画制作站包含一计算机2，其含有具有中央处理单元和有关硬件6的工作在所描述的存储器结构10上的流水线结构图象处理硬件;数字化装置4，例如SumagraphicsTM图形输入板;以及图形显示硬件9，比如一扩展图象自适应(EGA)监视器。图象存储器是16位深，并组成为二维矩形阵列。存储器的水平尺寸为2k字，并可扩展。该存储器的上部和下部字节可分别寻址，因此两个不同的8位图象可同时占据相同存储区域。这些字节之一进一步分为含有上部存储器存储结构16和上部-上部存储器存储结构14的两个4位段。通过一组物理驻留在存储器接口板上的寄存器控制图象存储器。所述寄存器通过I/O口访问。5个寄存器组成控制和状态寄存器。通常，控制寄存器选择图象数据传递的操作模式，地址寄存器控制放置数据的地址。
返回参见图1，用作图装置以矢量形式绘制动画图象并以矢量表示存储在矢量存储结构22的矢量文件中。该矢量表示是在存储在矢量存储结构22中之前由动画制作者作出的一系列矢量定义直线(线段)。矢量存储结构22可包含数个矢量文件。由于矢量不能显示，它们必须转换为光栅表示并在图形位平面12中显示。
图形位平面12包含诸如EGA位平面的图形位平面。图形位平面12中的信息直接显示在诸如计算机和监视器的显示器中。因此，尽管该图象的信息在绘制时以光栅格式显示(使动画制作者可看见该图象为一影象而不是一串数字)，该图象实际上是从存储在计算机主存储器中的矢量文件产生的。利用矢量便于在生成图象时及生成图象之后操纵和修改这些图象。
利用屏幕上菜单，动画制作者可在所选的上部存储器存储结构16的4个位平面之一中存储矢量表示的图象。在上部存储器存储结构16中存储矢量表示图象以光栅表示形式显示该图象。因此，图象(轮廓图)的每一象素存储在上部存储器存储结构16的四个位平面之一中并可作为单个位访部。
尽管在本发明的上部存储器存储结构16中存在四个位平面，本领域技术人员应该知道任何数量的位平面可包含在上部存储器存储结构16中。同样应很清楚并非必须使用上部存储器存储结构16中所有位平面。上部存储器存储结构16的最佳利用是在移动的不同阶段存储需成为动画的图象以便可同时显示这些图象(重象)，从而动画制作者在重影图象中间绘制和生成图象。因此，图象的重影用作动画制作者的基准。
在本发明实施例中下部存储器存储结构18含有8个位平面。如同上部存储器存储结构16，本领域技术人员将知道根据要求的存储器结构设计下部存储器存储结构18可包含较少或较多数量的位平面。在本实施例中，使用8个位平面从而256个灰度梯度(灰度值)可被访问并分配给生成图象。
在动画制作者对所生成图象满意之后，将灰度值分配给图象。尽管没必要，一般仍以单色或彩色填满动画图象。如果动画图象将填满，动画制作者将灰度值分配给动画图象的不同区域，然后在下部存储器存储结构18中存储灰度选择图象。对照包含独立位平面的上部存储器存储结构16，下部存储器存储结构18含有相关位平面。这些相关位平面每象素含有8位字(在本实施例中)。因此，可从256数值范围分配灰度值给每象素。
还需注意，有可能将图象的光栅表示直接存入下部存储器存储结构18而不是首先在上部存储器存储结构16中存储图象的光栅表示。
如果将对动画图象作色，仍需将灰度值分配给有待配色的不同区域。由彩色传递函数(公开在申请人的有关申请、欧洲专利局出版物第0.302，454号并在此结合作为参考)使用灰度值，用以对图象加色彩。
为检查，动画制作者以包含在矢量存储结构22中的矢量文件中存储的矢量表示形式生成图象。该矢量表示图象在图形位平面12中变换为光栅表示，因此它可在显示装置上作为图象可见地显示。然后可将该图象以光栅表示存储在上部存储器存储结构16的独立位平面(16a-16d)之一中。表示各运动阶段图象的连续图象也可存储在上部存储器存储结构16的附加位平面中。存储这些连续图象便于动画制作者在显示器上同时显示图象，以便能够完成需作动画制作的图象的中间阶段的绘制。
制作者对图象满意之后，则选择需分配给图象各区域的灰度值。一旦为图象区域选择了灰度值，将具有灰度值信息的图象存储在下部存储器存储结构18中。下部存储器存储结构18的位平面是相关的。因此，下部存储器存储结构18的每位(象素)含有8位信息。这样，动画制作者可从256灰度值范围分配灰度值给图象区域。
为便于图象的重影，在本发明最佳实施例中，完全为显示目的，对存储在上部存储器存储结构16位平面中的图象分配不同色彩。该色彩完全与最终的图象色彩无关。因此，当动画制作者从上部存储器存储结构16的位平面选择显示多个图象时，所显示图象将以不同色彩出现。这从动画制作者角度来讲更容易在所生成图象与其移动各阶段中的图象之间进行辩别。作为另一措施，动画制作者可选择将要显示的色彩强度。通过选择各位平面中图象的色彩及色彩强度，动画制作者可修改该系统以产生最有效工作空间环境。
动画制作者使用的另一措施是循环措施。该循环措施允许动画制作者为检测动画片平稳性而“运行”图象。这点类似于纸上动画制作系统中页的翻动。
为了循环通过图象，动画制作者可选择自动的或手动的方式。自动方式以预选速度以向前然后向后方向移动图象以保持运动连续性。手动方式允许动画制作者交替选择循环的方向、速度和起始点(帧)。
在循环期间，循环存储在下部存储器存储结构18中的每个图象。本系统以32帧工作。这提供再三达32帧的循环。某时刻有超过32帧在工作的系统可循环通过多于32帧。
为产生彩色图象(相对于用作参考目的的分配给上部存储器存储结构16位平面的色彩)，彩色传递函数也要求彩色区域值以指出色彩查寻表，该表含有与每个可能灰度值(即，本实施例中的256个)有关的HLS(色调、亮度、饱和度)色彩坐标值。上部-上部存储器存储结构14提供彩色传递函数的这种信息。
上部-上部存储器存储结构14包含四个位平面。在本发明实施例中，则存在具有16个不同彩色区域的可能性，可对其中任何一个进行访问。本领域技术人员将知道并承认可能存在较少或较多数量的位平面，产生可访问的较少或较多数量色彩(彩色区)。由于本实施例中具有四个位平面，所以总共有16个可访问或分配的色彩。每区访问256个不同色度值。如同在下部存储器存储结构18中，上部-上部存储器存储结构14的位平面是相关的，其中四个位平面包含图象中每象素20的四位字。
动画制作者为每个区域选择色彩并指定该所选色彩分配给的区域。给每区分配色彩可与图象每区域灰度值的分配同时或分开进行。
为在显示器上显示具有色彩信息的图象，在本实施例中，有必要将上部-上部存储器存储结构14中的色彩信息“移转”到上部存储器存储结构16的存储空间中。这是必要的，因为本实施例仅工作在12位图象信息而达到显示目的。本领域技术人员将会理解设计用来处理较大数量显示信息位的系统将显示色彩信息以及光栅表示的“重影”位平面图象。本实施例中通过将色彩信息换进“重影”位平面的存储器存储单元中实现该操作。
图2中示出利用上部存储器存储结构16的位平面16a-16d的图示说明。图2的序列A表示显示在图形位平面12中的图象(作为四个“X”字符串)。由动画制作者生成图形位平面12中序列A的图象并在矢量存储结构22的矢量文件中表示为一组矢量值。然后动画制作者在上部存储器存储结构16的一个位平面中存储图象。动画制作者可选择上部存储器存储结构16的任何4个位平面。在序列A中，图象存储在位平面16a中。
序列B表示显示装置9上显示的位平面16a的图象。另外，动画制作者在图形位平面12(未示出)中画出表示第一图象移动的第二图象(表示为4个“X”字符串)。新图象作为矢量存储结构22中的矢量文件加以存储，但在图形位平面12中表示为光栅图象(并这样显示在显示装置9上)。为了区别起见，这些图象中每个以不同色彩和可能的不同强度显示在动画制作者的显示监视器9上。这是由于上部存储器存储结构16的每个位平面具有分配给它的不同彩色。图形位平面12(图象矢量信息的光栅表示)也具有分配给它的应与分配给上部存储器存储结构16的那些色彩不同的色彩)。
在序列B绘制第二图象之后(用位平面16a的图象作为基准)，将第二图象存储在上部存储器存储结构16的位平面16b中。在序列C，原始图象和新图象均显示在显示装置9中(以分配给它们各自位平面的色彩)。并且动画制作者可在图形位平面12(未示出)中绘制第三图象。该第三图象(表示为4个“X”字符串)表示第一和第二图象的“中间图象”。在显示器9中以它们各自的色彩显示第一和第二图象以允许动画制作者在适当位置画出第三图象(在图形位平面12中)。然后动画制作者可在第三位平面存储该第三图象，如图2的序列C中位平面16c所示。
各光栅位平面16a、16b和16c表示当以动画片序列的三个独立帧出现时有待动画制作的图象。因此，当分配灰度值信息给相应的图象时，在每帧的不同存储器存储结构18中存储灰度信息。因此，给存储在位平面16a中的图象分配一灰度值，然后在该帧的下部存储器存储结构18中存储该灰度值。给位平面16b中的图象分配一灰度值，然后然后在随后帧的下部存储器存储结构18中存储该灰度值。最后，给位平面16a中图象分配一灰度级信息，并在第三帧的下部存储器存储结构18中存储该灰度级信息。除非动画片“故事”对几个帧的相同图象要求不同的色彩或效果，所有三个帧的灰度值应相同。
图3示出在下部存储器存储结构18中对每个位平面16a、16b和16c灰度级信息的存储。在图3的A中(对应于图2的序列A)，由8个为1(11111111)的二进制值表示的任意灰度级(为说明目的)对以阴影面表示的4个象素加以重复。
在图3的B中(对应于图2的序列B)，示出了8个为1的任意灰度值并覆盖以阴影面表示的4个象素。
在图3的C中(对应于图2的序列C)，示出4个为1的任意灰度值并覆盖以阴影面表示的四个象素。
那么，对于该实例，图象的动画制作表现为X字符从它们在第一帧中的单元转移到它们在第二和第三帧中的单元。在该动画制作序列的三个帧中，对各图象分配相同灰度值。
最终的动画制作成品可以不同色彩产生各个图象。在这种情况下，有必要对以灰度值表示的每个区域分配不同彩色。
图4示出以图2序列A、B和C所画并存储在上部-上部存储器存储结构14中图象的彩色信息表示。图4结构A示出在图2序列A中所绘制图象的彩色信息。四个1(1111)的任意值(为说明的目的)存储在阴影面的位平面中。图4的B和C示出对图2和3相应图象的类似存储。
查寻表(未示出)定义相应于存储在图4的A、B和C中每象素位平面内数值的彩色传递函数，所选出查寻表之一由标识符相对每个彩色区进行定义。该信息与8位灰度级信息(存储在下部存储器存储结构18中)为每一彩色象素提供唯一输出色彩。接着，这产生显示在显示装置9上的最终图象中所加的色彩，其依赖于(但并非唯一结论)灰度值和图象各区域中的操作者选择的彩色。在图2-4本发明实例中，仅分配一种色彩给所有图象。组合这些图象、作为一图象序列产生最终的动画片或动画制作正本片。
用于产生最终的、彩色动画图象的信息包含在下部存储器存储结构18、上部-上部存储器存储结构14以及可分配给图象面的每彩色区域(色彩)的查寻表中。
一旦未填满的图象满足动画制作者要求并已完成则不再需要矢量信息。图形位平面12中的信息是暂时的，对应于任何给定时间显示装置上所显示内容。存储在上部存储器存储结构16位平面中的图象光栅表示也是暂时设计以有利于动画图象的绘制和生成。一旦这已完成并且该图象的灰度级信息存储于下部存储器存储结构18中，不再需要上部存储器存储结构16中的信息。
图5以流程图形式示出本发明动画制作过程，其中框30表示第一动画帧图象的生成，框32表示第N帧图象的生成。一般，第N帧图象是图象动画制作的第9帧。基于第一和第N帧的中间帧的生成由框34表示。如所描述，第N帧是已生成的第二帧，而中间帧是生成的第三帧。框36表示分配给区域的灰度值，其中区域由图象轮廓定义。框38表示分配给区域的色彩，其中灰度级已在框36中设定。框36和38可以结合为一个步骤。框40表示特技效果的增加，包括图象组合和图象成层。
图6中示出由框30-34所表示步骤的更详细示意图。如图6所指出，在框42动画制作者开始建立待动画制作图象的图象轮廓。该信息存储在矢量存储结构22的矢量文件中。通过以矢量表示法绘制图象，动画绘制者能够通过象旋转、伸展、收缩、复制等这类技术变化和操纵图象。由于这个原因，如果以后图象的变化和调节是有必要的，则应将以矢量表示的图象信息存储在矢量文件中，加框44所示。
一旦生成了满意的图象，则以光栅表示(作为位映象)将该图象存储在上部存储器存储结构16的一个位平面中。如以前描述的，上部存储器存储结构16的每个位平面与它的特定色彩和强度有关以区分帧。在本实施例中，在图象以光栅表示存储在下部存储器存储结构18中的时刻在矢量存储结构22中实现矢量文件中矢量的存储。然而，在不同于光栅信息的另外时间存储矢量信息也是可能的。
这里，已经以矢量表示建立了一图象轮廓并以光栅表示存储在上部存储器存储结构16中。动画制作者的下一步是建立第二图象，该图象对应刚生成的图象在发生“移动”之后所定的位置。典型地，该第二帧是动画图象序列的第9帧。在图5中，这称为“第N”帧。在判定框48示出对该步骤是否需要的判定。
为了形成第一图象与该第二图象之间的正确关系，动画绘制者可以以存储第一图象的位平面的色彩显示第一图象。该色彩应该不同于动画制作者显示同时生成的矢量表示图象(在图形位平面12中)的色彩。这在框50中称为图象重影。
借助于重影(显示上部存储器存储结构16中的图象)，动画绘制者可用重影图象作为基准绘制当前图象。这帮助产生高质量且精确的动画片。为绘制第二图象(即，第9帧)，动画绘制者返回框42并绘出新图象。
当完成时，动画制作者将该第二图象的光栅表示存储在其适当下部存储器结构18中。但对于它的适当帧，所有重影图象可在它们相应帧内相同平面显示。重影期间，仅仅为了参考的目的将每个重影图象分配给在中间的帧。不将重影帧存储到存储新的中间图象的存储器存储结构18中。
图5中以框34表示中间过程。中间过程与前面描述的生成第一和第二图象的过程相同。差别在于这是已描述过程的又一次迭代。在框50，图象被重影，这时至少存在两个被显示图象，以相应于上部存储器存储结构16的位平面(它们已叠影于其上)的不同色彩。动画制作者利用两个重影作为基准以便绘出表示重影图象间移动的图象。应理解不存在仅叠影两个图象的限制。任何数量的图象层(仅由上部存储器存储结构16中位平面数量限制)可叠影作为对动画制作者的帮助。当所有帧(对该实例而言帧1-9)已建立时，灰度值可分配给由动画制作者选择的图象区，如框36所示。
图7示出分配过程36的灰度级流程图。在框54中，表示出动画制作者选择他或她希望分配给图象区的灰度级数值。在动画制作中，区域一般是由该图象线条围绕的任何面积。圈的内部是一区域的例子，在圈外的面积也是。
框56表示动画制作者选择框54所选灰度值填入图象区域。一般，一个图象包含好几个最终接收不同色彩的面积或区域。这点的一个实施例是穿有不同色彩衣服的动画片人物。在一个图象中可获得256灰度级，但本发明中仅16个区域。
在框58中，以所选灰度值填充所选区域。在本实施例中，动画制作者将在显示器上立即看到出现在所选区域的灰度级。在判定框59中，确定是否已选择所有灰度值。若没有，则必须在框59选择出下一灰度值。框54-58对具体帧所有区域重复。因此，不同灰度值分配给一帧的所有区域。每区可有几个不同灰度级。一旦这完成之后，将灰度值存储在下部存储器存储结构18中，如框60所示。在本实施例中，这是相应于可能的256个灰度值选择的每象素存储的8位值。
由于将动画片与在动画制作之前生成的现场活动图象或背景图象结合是可能的，所以下部存储结构18在存储灰度值之前并非总是“空的”。其它象数字化现场活动图象一类信息已驻留在那里是可能的。也有可能绕过上部存储器存储结构16而将生成的基于矢量图象的光栅表示直接存储到下部存储器存储结构18中。在任何情况下，在图7中分配的灰度值存储在下部存储器存储结构18中，并重写以前存储在那里的任何信息的单元。
而且，如果下部存储结构18是“空的”，则对所有无图象象素存储一致灰度值。在本系统中，选择并存储灰度值128。
在将灰度信息存储在下部存储器存储结构18中并且动画制作者都对区域和灰度选择满意之后，则该光栅灰度信息在框61中去假(antialiased)然后存储在永久存储单元(即硬盘、可卸存储介质等)中，如框62所示。去假一般发生在指定背景上以形成适当的图象融合，这可能在所有信息存储于下部存储器存储结构18之后、或在存储几个帧的下部存储器存储结构信息之后发生。
如已描述的，有必要在下部存储器存储结构18中为每帧存储灰度信息。这表示每帧具有存储在它自己的下部存储器存储结构18中的灰度值。
图8示出表示色彩分配的流程图38。在框63，为还未指定的具体区域选择色彩。这样做的一实例是选定红色施加于动画片角色的衣服。在框64，选择该色彩将要施予的区域。如在图7中所描述的有可能在施加灰度于该区域的同时指定色彩。在这样做时，知道特定色彩被选择并与特定灰度有关。这可在对特定区域选择和施加灰度以前进行。从而同时将灰度及色彩加于某区域。还可在为特定区域选择和施加灰度之后施加色彩。在任何情况下，有必要指定有待施加彩色的区域。在框65将色彩施加于选定的区域。
在最佳实施例中，在对区域施加灰度的同时施加色彩。然而，本实施例未规定显示与彩色信息同时出现的灰度信息。因此，为显示彩色信息，动画制作者必须选择单独显示色彩的方案。这并不是本系统的限制，因为很容易理解可将额外信息用在依赖于更多信息运行的系统中以便于显示彩色及色度信息和图象的修改信息。
本实施例中通过在显示装置上使用彩条来选择色彩。在本实施例中，这些色彩在动画制作过程以前选择，用作动画制作者自其对每区域上色的调色板。这便于成品型动画制作过程中有效的和一致的着色。
动画制作者通过指出显示色彩的色彩轮指定由那一区域接收某一色彩。在本实施例中，由24位彩色产生板(例如Targa BoardR)产生这些色彩。然后将色彩固定在色彩条中。色彩条由设计者和着色师用来实现成品着色。选择色彩以且，它们出现在用于填充彩色的菜单一侧。为所有区域选择色彩，并将色彩条作为数据传递给在成品后阶段进行着色的所有人。
图9示出应用色调特技效果的流程图。色调是将特定灰度级(以及相应色彩)分配给动画制作者所指定面的一种操作，称为有效色罩。这允许动画制作者形成诸如黑影或将灰度值分配给未由图象轮廓限定的区域的效果。
为产生这种效果，动画制作者选择在第一步骤中加色调的面积，如框67表示。这通过象窗口或徒手画的指定区域一类的区域选择工具来完成。在框68表示的第二步骤中，动画制作者选择将加于该区域的灰度值。一般，这是黑色或非常暗的灰度级。在框69表示的下一步骤中，将灰度级加于所选面。所选出面也称之为指定色罩(mask)或有效色罩。注意将选出的灰度级信息施加于所选区域将重写该整个区域下面的灰度级信息。在框70中，新的灰度级存储在下部存储器存储结构18中，重写任何存储在那里的以前值。再，该工具对屏幕都分或区域的黑化(或相反，白化)是有效的。
图10示出按照本发明最佳实施例形成阴影特技效果过程的流程图。阴影不同色调(图9)之处在于，下面的灰度级不为所选出的灰度值(如在色调中完成的)所代替。在阴影中，下面的灰度级象素值作操作者指定值的偏移。以这种方法，根据该偏移值向上或向下调节下面象素。
为形成阴影，在框72表示的第一步骤中动画制作者选择有待画阴影的区域。此外，通过诸如窗或徒手画的指定区域一类任何数量的措施实现该过程。在由框74表示的下一步骤中，选择灰度偏移值。该值可为正或负，分别反映指定区域下面灰度值的增加或减小。然后将灰度偏移值加到选出面的灰度值上(框76)，最后，将新灰度值存储于下部存储器存储结构18中(框78)。
该措施提供象许多现实生活中阴影情况那样使下面表面反映为较暗或较亮图象的实际效果。
图11示出形成分级特技效果过程的流程图，其为本发明最佳实施例的另一特征。图象的分级包含产生基于邻接操作者所选区域灰度值的中间区灰度值分级。
开始，在框80选择要求分级的区域。这可用任何选择手段例如窗、徒手画的图、操作者选出的顶点的连接等来实现。其次，如所示框82和84表示的，选择“亮”和“暗”区域。亮和暗仅用于作为区分梯度强度和导出分级区域的两灰度级的方向的标志。没有将亮和暗区的选择限制为各一个区域。由于亮和暗区仅涉及用导出需分级的区域之灰度值，动画制作者可围绕需分级的区域四周设置多个亮和暗区域。这些亮的和暗的区域可随机地环绕或邻近有待分级之区域放置。
在框86，将灰度值分配给亮区和暗区。这些值是将由其导出需分级区域的数值。注意标志“亮”和“暗”涉及具有小于“暗”区灰度值的灰度值的亮区。这些仅是区分低灰度值区与高灰度值区域的标志。
在框88表示的步骤中，给待分级区域中的象素分配基于亮和暗区间线性关系的灰度值。
亮和暗区可正好彼此相对放置(在待分级区域的相对侧)、或可放置在180°与0°之间的任何位置。当亮区和暗区相互靠近时(即，隔开接近0°)，则它们在待分级区上所具有效果消失。这导致越彼此分开放置亮区和暗区(接近相隔180°)，在等分级区中的视觉变化越大。
围绕待分级区域放置多个亮和暗区可在待分级区中获得更多变化效果。这些多个亮和暗区中的每一个可分别认作是亮和暗区域的一部分。
通过处理相应于每暗区中每象素的亮区中各象素而形成分极，每暗区中的每个象素通过待分级区域与亮区中象素线性相关。线性相关涉及亮和暗象素及待分级区域间的关系。待分级区中至少一个象素必须在延伸在每个亮和景区中至少一个象素之间的线段内。没有该线性关系在待分级或将要经历分级的区域中将没有象素存在。
类似地，相对于通过待分级区域与暗区象素线性相关的亮区中各象素来处理暗区中各象素。这些操作发生在相对于通过待分级区域而具有线性关系的相反对比度区域中的每象素的每个亮和暗区中的各象素。在亮和暗区象素之间需要线性关系是因为将亮和暗区彼此相邻接放置而不要亮区与暗区之间的待分级区域导致待分级区域不存在分级。亮区与暗区之间的距离以及它们的角度关系也影响分级。
一旦待分级区域具有分配给它们灰度值之后，如框90中表明，将新灰度值存储在下存储器存储结构18中。
实际分级过程通过确定亮区与暗区之间的灰度值差异而完成。具有灰度值150的亮区和具有灰度值50的暗区产生差值100。其次，确定在亮区与暗区之间为线性关系的象素个数。然后将亮区和暗区之间灰度值的差按照亮区与暗区之间线性象素的数量“成斜坡”。如果在亮区与暗区之间具有100个象素并且亮区和暗区分别具有150与50的灰度值，则在亮区象素与暗区象素之间的每象素具有增量1。这会产生具有数值51、52、53、...147、148、149的“中间”象素。然后将这些中间值加到待分级区域的适当灰度值上。因此，如果待分级区域在亮区中象素与暗区中象素之间的直线上具有50象素的长度，并且待分级区域放置有亮区的50个象素，那么待分级区域具有加至最靠近暗区的待分级区域内象素的灰度值101。灰度值102加到待分级区域内下一象素的灰度值上。继续该过程直到待分级区域中所有象素具有加至它们下面灰度值的偏移值。如果待分级区域的所有象素具有灰度值10，将该值加到各象素的灰度值101...150上。
将新灰度值分配给待分级区域内所有象素。在待分级区域外或在亮区与暗区之间为非线性的区域不受影响。以一象素对为基准确定亮区与暗区(通过待分级区域)之间的所有线性关系，即亮区的象素必须与暗区中象素(通过待分级区)线性相关。
当待分级区域中的象素在多对亮区和暗区(或有效亮区和暗区，归因于重叠)之间是线性的时出现多分级。这些对不必由单独对组成，可存在同样数量的关系。这通过排列多个亮区与暗区对的等级来顺序处理。
图12示出说明叠化特技效果的流程图。叠化效果用于渐显或渐隐一个图象进入另一图象。这也能够在多图象上发生。
在框92，选择一图象的渐显或渐隐的源图象。在框94，选择这样对它进行渐显或渐隐的图象。在框95，选择在其上发生叠化之帧的数量。
框96示出将源图象叠化进入目标图象。该叠化在框95选出的帧数目上发生。这反映为百分比。例如，若选择10个帧，则源图象象素的百分之十将叠入目标帧。这将一直继续直到完成叠化。
一旦完成叠化，如框100所示该过程结束。该过程一直循环只到完成叠化过程，并且越来越多的源图象淡入(或淡出)目标图象只到叠化完成。
这对于从场景到场景的逐渐变换或出现诸如重影的特征是非常有用的手段。
图13示出说明合并特技效果的流程图。合并特技效果类似于叠化，除了以源象素灰度值预选百分比仅在一个帧中发生从源到目标的传递之外。
合并用于诸如通过火或烟显现图象的透明效果以及图象的反射。实例包含反映在砖地(目标)上的人象(源)，从而通过反射的(透明的)源象可看清砖地。
图14示出说明组合特技效果的流程图。组合特技效果以动画透明片方式工作。这允许生成组合在一起的几个层以形成最终图象。这是动画制作中的通常情形，并用于生成和产生完整动画片或一角色部分的各个部分。例如，该措施允许动画制作者隔离图象或图象的一部分并生成那些单个图象或部分图象的动画片。然后可将这种“子动画片”组合到其它图象或图象的部分中。这样做的一个实例是使眨眼独立于眼睛所在的脸面而活动，尽管每帧为一序列，眼睛的不同“眨动”可组合到脸的图形中。在整个序列上，眼睛的眨动或整个眨动出现在该图象的脸上。另一实例是使一个动画片组作用在背景上而另一组工作在前景，第三组作用在主要角色上，以及第四组作用在次要角色上。对于最终的成品所有这些“层”必段集合在一起(组合)。
组合措施实现从源图象到目标图象的绝对转换。在框108，选择源图象。在框110，选择目标图象。在框112图象被组合，由源图象重写被目标图象占据的任何存储单元。
可进行组合以便源图象仅传递到没有预先存在的色罩或不可指定象素色罩的区域。因此，走在另一角色之后的角色将显示在该角色之后走路而不与该角色的部分相互混合，就好象它们是透明的。如果实现了组合，则该过程完成。如果未完成(存在需组合的其它层)，该过程返回到框108进行循环。
当然，动画制作者必须确定组合的次序以便使出现在背景之前的角色没有被背景图象相应区域重写的部分。
图15示出说明象素偏移特技效果过程的流程图。该样做允许动画制作者跨越一系列帧拍摄背景图象，产生这种背景图象的移动效果。可沿预定轨迹设立许多图象，例如天空飘过的云彩。利用该象素偏移手段，云朵可在X和Y坐标距离以及由动画制作者预设的速度进行转换。这一帧接一帧地出现并能够在图象已离开屏幕“边界”之后轮转。象素偏移的速度可以改变从而存在移过屏幕之单体的慢入和慢出视在运动。而且，移动的轨迹可编入象素偏移运算。
在框118，选择需偏移的图象。在框120，选择偏移距离的X和Y坐标。在框122，偏移完成。这转换为移过屏幕的图象。最后，在框124，当它们已离开屏幕返回到该屏幕的另一侧时即实现循环图象的选择。这允许图象“重叠”到下一帧的起始位置。
图16示出说明自动中间特技效果的流程图。角色或图象沿预定轨迹或通过预定旋转移动时(均以有关恒定速率)该措施是有用的。这种概念的一个实例是滚过屏幕的角色。另一个实例是角色臂或腿或头等的移动。可由该方法确定任何可预计的移动。
在框126，选择需要进行自动中间处理的图象(或图象的一部分)。在框128，选择沿确定点旋转的角度。在框130，选择图象的轨迹。注意若图象不旋转，将仅选出轨迹。相反，如果图象只旋转而不移动，则只选择旋转角度。也有可能选择特定位置而不提供对图象将要够过的距离的测量。在框132，选出正进行移动的帧数。最后，在框134，由该系统确定中间帧。
模糊功能允许动画制作者通过将选出数量象素的灰度值平均而模糊或淡化彩色。当选择图象的一部分(即，脸上的“粉红”面颊)时，建立由需变模糊部分和模糊渐显图象周围区域组成的有效色罩。一实施例可以是指定脸的轮廓而无眼睛、鼻子等。但具有模糊为色罩的面颊。
该色罩显示在图形位平面12中。其次，不是部分色罩上的图象部分以它们在色罩上的适当位置显示在图形位于平面12中。这表示眼睛，鼻子等显示在脸上。下面，在受到包括在该处理过程中的平均处理的象素每侧选择相应于象素个数的值。然后。对每一显示出的象素算出选择数量相邻象素的平均灰度值并分配给正进行处理的象素。这些新灰度值仅为有效色罩内的象素存储，即为由于模糊(淡化)结果而具有新灰度值的面颊和周围象素。
权利要求
1.一种计算机化动画制作系统，它含有用于存储一系列图象的装置和用于存储图象信息的存储器结构，所述图象各含有多个象素，所述存储器结构含有多个位平面，其再分为至少两个存储结构，即暂时存储作为一组矢量值的算子修正图案信息的第一存储结构，以及存储所述操作者修正图象信息的光栅表示的第二存储结构。
2.如权利要求1所述的计算机化动画制作系统，其特征在于存储在所述第一存储结构中的所述图象以操作者选择彩色显示在显示装置上。
3.如权利要求1所述的计算机化动画制作系统，其特征在于所述第二存储结构至少进一步包含一个位平面。
4.如权利要求3所述的计算机化动画制作系统，其特征在于所述第二存储结构含有4个位平面。
5.如权利要求3所述的计算机化动画制作系统，其特征在于存储在所述位平面中的图象以操作者选择彩色显示在显示装置上。
6.如权利要求4所述的计算机化动画制作系统，其特征在于存储在每个所述位平面中的每个所述图象以与所述位平面有关的操作者选择彩色加以显示。
7.一种基于计算机用于制作动画图象的方法，该方法含有下列步骤a)建立和显示第一图象，所述图象含有矢量定义直线并作为一组矢量值存储在矢量存储结构的第一存储单元中，b)在第一光栅存储结构的第一存储单元中暂时存储所述第一图象作为光栅定义图象，c)建立和显示第二图象，所述第二图象含有矢量定义直线并作为一组矢量存储在所述矢量存储结构的第二存储单元中，d)在所述第一光栅存储结构第二存储单元中暂时存储所述第二图象作为光栅定义图象，e)建立表示从所述第一图象至所述第二图象的转换的第三图象，所述第三图象含有矢量定义直线并作为一组矢量值存储在所述第一光栅存储结构的第三存储单元中，f)在所述第一光栅存储结构的第三存储单元中存储所述第三图象作为光栅定义图象。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于当建立所述第二图象时显示所述第一图象。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于当建立所述第三图象时同时显示所述第一图象和所述第二图象。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述所显示第一图象是以不同于所述第二图象的彩色显示的。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于以第一色彩显示所述显示的第一图象，以第二色彩显示所述已显示第二图象，以及以第三色彩显示所述第三图象，
12.在基于计算机的动画图象方法中，其特征在于以下改进部分a)建立与第一光栅定义图象相关的第二图象，所述第二图象含有一组矢量定义直线，以及b)将所述第二图象存储在存储器中作为光栅定义图象。
13.一种基于计算机用于对象素组成图象设置色调的方法，所述象素具有指定灰度值，该方法含有以下步骤a)选择所述图象的象素面，b)选择加于所述选出象素的灰度比例值，以及c)将所述灰度值施加于所述选出象素，所述施加代替所述选出象素的任何基础灰度值。
14.一种基于计算机、用于对由与灰度值有关的象素组成图象形成阴影的方法，其特征在于含有下列步骤a)选择所述图象的象素面，b)选择所述选出象素将偏离的灰度偏差，以及c)将所述灰度值施加于所述选出象素，所述施加代替基础灰度值，所述选出象素具有等于原始灰度值加上所述选出灰度偏差的新灰度值。
15.一种基于计算机、用于对象素组成图象进行逐级设置色调的方法，包含以下步骤a)选择被作用的所述图象的象素面，b)选择象素的第一和第二区域，所述面的至少部分位于所述第一和第二区域之间的直线上，c)为所述第一和第二区域设定不同序数值，以用作所述第一和第二区域之间通过所述面的所有直线上的线性斜坡函数的终端点，d)将一灰度增量加到所述面中沿所述直线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数决定，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线的每个象素的先存灰度比例值。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于一个或两个所述区域含有围绕所述面放置的象素的细分区域。
17.如权利要求7所述的方法，其特征在于还含有重复步骤a)至f)的步骤，用在步骤e)建立的所述第三图象变成新的第一图象。
18.如权利要求7所述的方法，其特征在于还含有重复步骤a)至f)的步骤，用在步骤e)建立的所述第三图象变成新的第二图象。
19.如权利要求7所述的方法，其特征在于暂时存储的图象各自以分配给每个位平面的恢复值存储在分开的第二光栅存储结构中。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于每个独立第二光栅存储结构对应于图象动画序列的一个帧。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于存储在各个第二光栅存储结构中的图象是循环的并显示在显示器上以显示出动画片。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于以预先方向、预选速率自动进行图象的循环。
全文摘要
含有一系列存储在存储器存储结构中的图象的计算机化动画制作系统的装置和方法。这些图象由图形单元组成，存储器存储结构含有多个位平面，所述平面进一步细分为至少两个存储结构。第一存储结构用于存储以矢量表示的操作者修正图象信息，第二存储结构用于存储操作者修正图象信息的光栅表示。该装置包含显示来自第二存储结构的多图象的装置以便于建立附加图象。
文档编号G06T15/70GK1057729SQ9110352
公开日1992年1月8日 申请日期1991年5月22日 优先权日1990年5月22日
发明者巴里·B·桑德鲁, 戴维·汉比 申请人:美国软片科技有限公司