毕业论文
摘要 目前，电脑游戏热潮席卷全球，游戏软件的开发和维护正在成
长为一个新兴的产业。RPG 游戏（角色扮演类游戏）无疑是目前市场上最受欢迎的游戏类型之一，本课题就是为适应当前电脑游戏的发展而提出的。
论文首先对RPG 游戏进行概述，简单介绍了RPG 游戏的发展现状和前景。然后对游戏常用的WIN32编程技术：Windows 消息机制、图形设备接口、定时器进行介绍。
然后介绍了整个RPG 游戏的制作流程，包括游戏策划、游戏与玩家的互动及具体的2D 动画设计。在游戏策划方面，通过游戏主题的确立、风格、剧本设计三个方面对其进行阐述。在游戏与玩家互动方面，主要介绍剧情的表现和环境界面两方面内容。2D 动画设计是论文的重点，所以在2D 的算法和动画制作技巧方面介绍的非常详尽。
最后通过一个具体的RPG 游戏系统的设计与实现来对本课题的关键技术进行阐述，通过实验表明上述动画设计技术在RPG 游戏中有较好的效果。
关键词： RPG游戏，游戏策划，2D 动画设计，定时器
ABSTRACT
At present, the upsurge of the computer games have sweep across the world. Development and maintenance of the computer games’ software have growing as a new emerging industry. The RPG game (role acting class game) is the most popular one in the present market of computer game. The topic of this thesis was proposed to fit the request of current computer games’ development This thesis first summarized the outline of the RPG game, introduce the current situation and prospect of RPG game’s development. Then discussed the common used WIN32 programming technology: The Windows message mechanism, the graphics device interface and the timer.
Then, introduced the technological process of the RPG game which contains the game plan, connection of the game and player and 2D animation design. The game plan includes the
establishment of the subject, style and drama of game. Then, the expression of drama and environment were introduced in the section of connection of the games and players. 2D animation design is the focus of this thesis, so the introduction of the algorithm of 2D and the technique of animation design is detailed and complete.
Finally, expound the most important technique of this thesis through a concrete RPG game system design, through the
experiment indicated above animation design technology has a better effect in the RPG game.
Keywords: RPG game, game plan, 2D animation design,Timer
游戏角色设计与角色分析
角色扮演：即 RPG
他是游戏的一种类型，在游戏里玩家扮演一个主角，在游戏里和主角一起感受剧情。
角色扮演游戏一般在亚洲地区比较流行。
中国著名的 RPG ： 仙剑奇侠传系列，轩辕剑系列„„
本著名的 RPG ： 幻想水浒传系列，英雄传说„„
另一说法，Cosplay ，也即角色扮演，或称服饰扮演。 角色扮演是心理学中常说的名称。角色扮演的目的在于运用戏剧表演的方法，使人发现问题，了解问题的症结所在，进而更好地调整心理状态, 解决心理问题。在角色扮演中，人们能亲身体验和实践他人的角色，从而能够更好地理解他人的处境，体验他人在不同情况下的内心情感，同时，反映出个体深藏于内心的感情。游戏角色角色扮演法是指运用戏剧表演的方法，将个人暂时置身于他人的社会地位，并按照这一位置所要求的方式和态度行事，以增进人们对他社会角色和自身角色的理解，从而学会更有效地履行自己角色的心理技术。
角色扮演法是指通过赋予被试一个假定的角色，要求其按照角色的要求表现自己的行为、观察、记录并评价角色扮演的行为，评价角色接近程度或胜任力。
电脑游戏中的角色形象是玩家们视觉的聚焦点，游戏角色越丰富，游戏的可持续性就越强，玩家的选择越多，就会尝试不同的角色，在游戏中的时间也就会越长。
人物建模简介
建模就是建立模型，就是为了理解事物而对事物做出的一种抽象，是对事物的一种无歧义的书面描述。
建立系统模型的过程。又称模型化。建模是研究事物的重要手段和前提。凡是用模型描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建
模。因描述的关系各异，所以实现这一过程的手段和方法也是多种多样的。可以通过对物件或者人物本身运动规律的分析，根据事物的机理来建模; 也可以通过对系统的实验或统计数据的处理, 并根据关于事物的已有的知识和经验来建模。还可以同时使用几种方法。
关于面部建模的布线
讲究面部布线的一个最重要目的就是为了表情动画。人物内心的各种不同的心理活动，主要是通过面部表情的变化反映出来。而面部变化最丰富的地方是眼部(眉毛) 和口部，其它部位则相应的会受这两部分影响而变化。对于面部表情，必须把整个面部器官结合起来分析。单纯只有某一部分的表情不能够准确表达人物的内心活动的。清楚的分析理解面部肌肉的走向分布和收缩方式，十分有利于把握面部的模型布线。
游戏模型的面数有一定的限制，但是布线不够的话就不能很好的表现想要的表情，因此“合理和足够的线 ”这个要求，作为我们游戏项目表情的制作的重要的制作标准。
下图是张布线相对比较理想的模型截图。线的密度分配主要集中在活动区域比较强烈的嘴部和眼睛部位。布线走向符合面部肌肉的走向，特别是鼻唇沟划分比较明显且合理。
怎样才能做到合理且足够的布线:
1． 要想合理布好线，布线的方式一定要与肌肉运动的方向相符合，
否则很难表达出你想要的表情。
2． 不要怕麻烦或吝啬，关键部位舍不得布线，没有足够的可控点，表情就肯定做不到位。
3． 必须对设置、动画有一定了解，也就要知道运动原理和方式，才能控制好表情目标体模型
表情肌肉：面部表情肌属于皮肤，为一些薄而纤细的肌纤维。一般起于骨或筋膜，止于皮肤。收缩时牵动皮肤，使面部呈现出各种表情。
眼部和嘴部是面部最为活跃的区域，其它部位则相应的会受这两部分影响而变化。因此我们重点关注这2个部分的肌肉走向位置，和运动方式。
眼部：
a. 眼部的环状眼轮匝肌，位于眼眶部周围和上、下眼睑皮下。其收缩时能上提颊部和下拉额部的皮肤使眼睑闭合，同时还在眼周围皮肤上产生放射状的鱼尾皱纹。闭眼、思考等表情都会影响到眼轮匝肌
.
b. 横向的皱眉肌和纵向的额肌，皱眉肌：在额肌和眼轮匝肌的之间靠近眉间的位置。其收缩时，能使眉头向内侧偏下的方向拉动，并使鼻部产生纵向的小沟。
c. 降眉肌：位于鼻根上部皱眉机内侧，其中还包括降眉间肌。当其收缩时可以牵动眉头下降，并使鼻根皮肤产生横纹。一般来说，皱眉肌和降眉肌是共同参与表情变化的，在愁闷、思考等表情中可以使这几组肌肉紧张收缩而产生锁眉的表情。
c. ，环状的口轮匝肌和放射状的提肌可以实现很多动作。因此嘴部的布线相对密集。
口轮匝肌：也称口括约肌，位于口裂上下唇周围。口轮匝肌可以看成是环形的肌肉，在位置上可以分成内、外两个部分，内圈为唇缘、外圈为唇缘外围。口轮匝肌内圈在收缩时，能紧闭口裂呈抿嘴的表情，外圈收缩，并在颏肌的作用下产生撅嘴的表情。
d. 嘴角的模型线的穿插
嘴角的布线要注意上嘴唇和下嘴唇的穿插。笑肌和颧肌肉的起点是靠近下嘴唇的嘴角部。笑的时候牵动的是下嘴唇的末端，上唇是被动牵引。
图2.1.2
图2.1.3
e. 尤其要注意鼻唇沟。
在布线时一定要有一条完整的环状线确定鼻唇沟。
在口部周围有称为鼻唇沟和颏唇沟的两条曲线，其是构与面部形态的主要特征，同时对面部表情的变化影响也比较大。鼻唇沟是由上唇方肌和颧骨的上颌突构成，其位置在鼻翼两侧至嘴角两侧。颏唇沟是由下唇方肌和颏隆凸构成，位于下唇边缘并向颏结节上缘逐渐消失。
鼻唇沟是将面颊部及颌分开的体表标志，鼻唇沟是由面颊部有动力的组织和无动力的组织相互作用的结果而形成。人们的许多表情动作，如微笑、哭泣等，都是通过鼻唇沟形态的改变，而开始启动的。例如，微笑始于鼻唇沟周围的肌肉，当它们收缩时，上唇便朝着鼻唇沟向后方牵拉，由于颊部厚厚的皮下脂肪，使唇在鼻唇沟处遇到阻力，使鼻唇沟弯曲并且加深。同样，在哭泣、示齿、咀嚼等表情及动作中，都会伴随表现出鼻唇沟的弯曲及加深。
青少年时，面部表情及静止状态、鼻唇沟形态的变化及原状都会给人一种自然和谐的感觉。当年龄超过30岁时，面部逐渐出现衰老变化，尤其是鼻唇沟的加深最为明显，
这是由于面部皮肤的松垂堆积
于鼻唇沟的颊侧，再加以鼻唇沟30余年的频繁活动，故在静止状态下，鼻唇沟逐渐加深、变宽及伸长。见下图，30岁男人有明显的鼻唇沟。
关于身体建模
1. 线框建模
三维线框模型是计算机领域最早用来表示三维形体的模型。建模前期，首先把人体分割为一些身体段和关节，然后将此信息转化成若干线段，用一些顶点和棱边数据来表示线段，由于只用折现来表示物体的的线框模型过于粗糙，所以后来在模型中就采用曲线来表示物体。但是，如果直接用离散的点来表示曲线，需要的数据量过大，因此多采用二次曲线，Bezier 曲线和B 样曲线等参数曲线表示法，这样，交叉使用曲线段和曲线段进行建立的模型更接近人体形状。
线框模型的主要优点是结构简单，操作方便，可以产生任意视图，对硬件要求不高，在CPU 执行时间和存储方面开销很低。但这些构型方法所需信息很少，均涉及不到表面和实体的数据，建立的模型就像一个骨架，不能够逼真，形象的模拟人物。具体表现在如下几方面：
1） 所有的棱和曲线等显示出来，物体的真实形状需由人脑的
解释才能理解，容易导致二义性；
2）
3） 当形状复杂时，棱线过多，会引起模糊理解； 轮廓线过于粗糙，缺少曲面，真实感较差，无法识别面与
体；
4） 不能消除隐藏线。由于结构简单，有些运动不能表现。
1. 实体模型
实体模型技术是20世纪
70年代末期、80年代初期
逐渐发展起来的，典型的
造型方法及造型系统有
NUDES 系统、Bubbleman
模型和Laba 表示法模型等。
其方法有基本体系引用法、扫描表示法、单元分解法、边界表示法和结构实体几何表示法。
2.1基本体系引用法
基本体系是通过函数或参数描述的几何体，如立方体(参数为长、 宽、 高) 、 圆柱体(参数为直径、 高度) 等. 对基本体系进行线性变换可以定义新的形体 , 如球体在 X 、 Y 、 Z 3个方向进行不等比例的变换可得到椭球 , 正方体进行不等比例的变换可得长方体 , 进行三维错切变换科的斜棱柱体等. 这种变换只改变几何形状 , 不改变拓扑关系. 基本体系引用法简单 , 易于实现 , 但表示复杂形体有困难 , 特别是不能实现自由曲面造型。
2.2扫描表示法
扫描表示法是二维图形在空间沿某一路径产生的三维实体 , 一般有3种形式
:
1) 平移扫描. 二维图形是封闭轮廓线 , 运动轨迹是与图形平面
垂直的直线;
2) 旋转扫描. 二维图形是封闭轮廓线 , 绕某一轴线回转而成 , 运动轨迹是圆;
3) 广义扫描. 二维图形是封闭轮廓线 , 而运动轨迹是空间曲线 , 且可以用参数曲线表示 , 这种扫描法可以使自由曲面实体模型化
2.3单元分解法
单元分解法是将物体分解成一些比原物体容易描述的子物体. 分解可以进行多次 , 直到每一子物体满足预定的可描述标准. 单元分解法包括四叉树分解、 八叉树分解和多叉树分解。
1.4 边界表示法
一个物体可以表示为有限的边界表面的集合 , 即物体的边界
是所有单个面之并 , 而每个面又由其边界的边所围成 , 这些边界位于各自顶点之间. 这样形成了物体的层次结构表示法:体 — 面 — 边 — 点. 在更一般的情况下 , 面上可能存在孔洞 , 这样的面由外环和内环之间区域组成 , 故更通用的层次结构为:体— 面 — 环 — 边 — 点 , 这种表示法有利于以面和边为基础的各种几何运算和操作 , 如形体框架图的显示绘制、 有限元网格的划分等。
2.5实体几何表示法
实体几何表示法(CSG)是用体素拼合物体的有效表示方法. 它
将物体的组成结构与有序的二叉树联系起来 , 形成 CSG 树 , 能紧凑地描述物体的几何模型. 此方法把人体分解为几种三维体素 , 如
圆柱、椭球和球等 , 用 CSG 树表示人体 , 非叶子结点是运算符如交、 并、 差 , 叶子结点一般代表基本体素 , 通过集合运算(并、 交、 差) 生成复杂形体的一种建模技术. 这种方法最适合于三维人体建模。
实体模型的主要特点提供了人体的几何和拓扑信息 , 克服了
线框模型的二义性 , 具有局部控制效应 , 并可以实现人体的消隐 , 进行真实感图像的生成. 但此模型的数据量大 , 对硬件的要求比较。
3. 曲面模型
3.1 由一组多边形描述
最常用的基本造型元素是一组多边形的集合 , 使用多边形集合可以构成大多数的任意曲面. 每个多边形由它的顶点来定义 , 在一个平面上依次连结它的几个顶点就构成了一个封闭的平面多边形. 多边形可以是凸多边形和凹多边形 , 由于在凸多边形内部任意两点之间的连线决不会越出凸多边形之外 , 而凹多边形则不然 , 所以凹多边形常分解成凸多边形. 这样 , 需要描述的曲面由一系列有序的凸多边形构成. 很多系统以三角形和四边形作为基本单元。
3.2 由代数曲面描述
在计算数学中有一类用参数形式拟合离散数据点给定曲面的方法 , 此数学表达式需借助于两个参数 , 所以又称为双参数化曲面 , 包括 Bezier 曲面、 B 样条曲面、 非均匀B 样条(NURBS)曲面。
Bezier 曲面
1971 年法国学者贝塞尔 ( P. Bezier) 在为雷诺(Renault)汽车公司研制 unisur f 系统的过程中 , 提出了贝塞尔曲线曲面 , 从而使得由控制点及控制多边形或控制多面体生成曲线曲面成为可能 , 设计人员能够按照给定的控制点的位置分布就能控制曲线曲面的形状。
Bezier 模型可以通过控制点 Q 的位置来影响控制点附近的曲面部分 , 但对其他部分也有影响 , 尤其在复杂的人体曲面设计过程中 , 不具有局部控制的特点 , 存在着拼接方面的困难。
3.4 B 样条曲面
为解决Bezier 方法局部修改的问题 ,1972 年 , 德布尔(De Boor) 提出了B 样条曲线和曲面的算法 , 并
于1974年被美国通用汽车公司的戈登(W. G ordon) 和里森菲尔德(R. Riesenfeld) 引用到曲线曲面的设计中.B 样条曲线与Bezier 曲线曲面不同之处在于B 样条函数取代了Bernstein 基函数 , 其优越点在于:
1) 具有局部控制性质;
2) 可以表示比贝塞尔曲面复杂得多的曲面 , 控制多面体的顶点数量不受限制;
3) 多个 B 样条曲面片的连接不需要考虑连接条件。
3.5 非均匀有理B 样条(NURBS)曲面
随着三维人体建模技术的不断成熟 , 迫切需要寻找将曲面实体溶为一体的表示方法 , 随之 , 非均匀有理B 样条(NURBS)曲面建模技
术应运而生 , 并获得了较快的发展和广泛应用. 它通过调整控制顶点和权因子改变曲面形状 , 并可以方便地转换成对应的贝塞尔曲面. 因此 ,NURBS 方法已成为曲线曲面建模中甚为流行的技术。
NURBS 曲线曲面表示形式的优点主要为:
1) 可以精确地表示规则曲面. 而 Bezier 和 B 样条方法构造参数曲面时是用逼近的方法 , 使造型不便且影响精度;
2) 可把规则曲面和自由曲面统一在一起 , 因而便于用统一的算法予以处理统一的数据库加以存储;
3) 由于增加了额外的自由度因子 , 有利于曲面形状的控制和修改 , 使设计者能更方便地实现自己的设计意图。
3.6 由一些碎片描述
应用许多小片的曲面光滑地连在一起 , 以构成复杂物体的弯曲表面的方法叫做碎片法。
构成小碎片的曲面可以由 4 条边界来定义 , 这4条边界一般都不是直线 , 而是三维的曲线 , 因而由这4条边界曲线组成的空间四边形是扭曲的小曲面。一个物体的表面由许多这样的小碎片组成 , 并以限定的连续性条件拼合在一起 , 以构成各种曲面形状与结构. 通常用Bezier 、 B 样条和NURBS 方法生成一些小碎片 , 并根据连续性条件构成一张足够光滑连续的物体表面。
除此之外 , 还有线性拉伸面、 直纹面、 旋转面和扫描面等 , 是根据不同角度来选用不同的曲面建模技术. 表面模型可以分割成有限个面片 , 灵活实现肌肉的纹理变化 , 具有局部控制的特点 , 可以实
现人体消隐 , 很逼真地表示人体. 这种模型往往用于构造复杂的曲面物体 , 由于该模型所需数据较前两种方法多 , 并对硬件配置要求较高 , 且运行速度较慢。
4. 基于物理特性建模
尽管传统的建模技术对人体的几何信息和拓扑关系描述的很完整 , 但对于人体动态建模仍有一定的局限性。由于人体的关节运动和肌肉收缩是人体本身所具有的物理特性 , 为使三维人体动画仿真效果更佳 ,1987年 ,A. H. Barr 在 SIGGRAPH ’ 87 上提出了“基 于 物 理 特 性 的 建 模”( Physically2BasedModelling)思想 , 将物体的物理特性加入到其几何模型中 , 通过数值计算对其进行仿真 , 物体的行为则在仿真过程中自动确定。基于物理特性的建模过程中。需考虑以下几点:
1) 人体本身所具有的物理信息;
2) 人体的运动规律需要采用动态系统的算法来描述;
3) 人体的运动具有一定的时间差 , 需借助于时间变量来描述. 这种方法是建立在传统建模方法之上的 , 弥补了几何建模技术的不足之处 , 可以获得更复杂更真实的人体建模效果。
结束语
所建立的三维人体建模需要达到高度的仿真 ,这样就要求在模型的设计过程中考虑到人体所具有的一切特性。显然 ,人体分层表示法较基于物理特性建模方法更能逼真的体现人体特性 ,但这些新兴的建模方法都是建立在线框模型、 体模型、 曲面模型之上的。笔者认为对人体建模 ,要根据不同的部位可选择更合适的方法 ,如现在已经成型的脸部模型其实采用的是曲面模型中的碎片拼接 ,还有手部模型就需要采人体分层表示法 ,把手部的关节运动及肌肉收缩体现地
淋漓尽致。随着时代的发展 ,三维人体建模方法也在不断地得到完善 ,但发展同时也离不开传统的方法。所以需要深入研究基础方法 ,吸取精华 ,去其糟粕 ,结合人体的所有特性来创造出新的建模技术。
毕业论文
摘要 目前，电脑游戏热潮席卷全球，游戏软件的开发和维护正在成
长为一个新兴的产业。RPG 游戏（角色扮演类游戏）无疑是目前市场上最受欢迎的游戏类型之一，本课题就是为适应当前电脑游戏的发展而提出的。
论文首先对RPG 游戏进行概述，简单介绍了RPG 游戏的发展现状和前景。然后对游戏常用的WIN32编程技术：Windows 消息机制、图形设备接口、定时器进行介绍。
然后介绍了整个RPG 游戏的制作流程，包括游戏策划、游戏与玩家的互动及具体的2D 动画设计。在游戏策划方面，通过游戏主题的确立、风格、剧本设计三个方面对其进行阐述。在游戏与玩家互动方面，主要介绍剧情的表现和环境界面两方面内容。2D 动画设计是论文的重点，所以在2D 的算法和动画制作技巧方面介绍的非常详尽。
最后通过一个具体的RPG 游戏系统的设计与实现来对本课题的关键技术进行阐述，通过实验表明上述动画设计技术在RPG 游戏中有较好的效果。
关键词： RPG游戏，游戏策划，2D 动画设计，定时器
ABSTRACT
At present, the upsurge of the computer games have sweep across the world. Development and maintenance of the computer games’ software have growing as a new emerging industry. The RPG game (role acting class game) is the most popular one in the present market of computer game. The topic of this thesis was proposed to fit the request of current computer games’ development This thesis first summarized the outline of the RPG game, introduce the current situation and prospect of RPG game’s development. Then discussed the common used WIN32 programming technology: The Windows message mechanism, the graphics device interface and the timer.
Then, introduced the technological process of the RPG game which contains the game plan, connection of the game and player and 2D animation design. The game plan includes the
establishment of the subject, style and drama of game. Then, the expression of drama and environment were introduced in the section of connection of the games and players. 2D animation design is the focus of this thesis, so the introduction of the algorithm of 2D and the technique of animation design is detailed and complete.
Finally, expound the most important technique of this thesis through a concrete RPG game system design, through the
experiment indicated above animation design technology has a better effect in the RPG game.
Keywords: RPG game, game plan, 2D animation design,Timer
游戏角色设计与角色分析
角色扮演：即 RPG
他是游戏的一种类型，在游戏里玩家扮演一个主角，在游戏里和主角一起感受剧情。
角色扮演游戏一般在亚洲地区比较流行。
中国著名的 RPG ： 仙剑奇侠传系列，轩辕剑系列„„
本著名的 RPG ： 幻想水浒传系列，英雄传说„„
另一说法，Cosplay ，也即角色扮演，或称服饰扮演。 角色扮演是心理学中常说的名称。角色扮演的目的在于运用戏剧表演的方法，使人发现问题，了解问题的症结所在，进而更好地调整心理状态, 解决心理问题。在角色扮演中，人们能亲身体验和实践他人的角色，从而能够更好地理解他人的处境，体验他人在不同情况下的内心情感，同时，反映出个体深藏于内心的感情。游戏角色角色扮演法是指运用戏剧表演的方法，将个人暂时置身于他人的社会地位，并按照这一位置所要求的方式和态度行事，以增进人们对他社会角色和自身角色的理解，从而学会更有效地履行自己角色的心理技术。
角色扮演法是指通过赋予被试一个假定的角色，要求其按照角色的要求表现自己的行为、观察、记录并评价角色扮演的行为，评价角色接近程度或胜任力。
电脑游戏中的角色形象是玩家们视觉的聚焦点，游戏角色越丰富，游戏的可持续性就越强，玩家的选择越多，就会尝试不同的角色，在游戏中的时间也就会越长。
人物建模简介
建模就是建立模型，就是为了理解事物而对事物做出的一种抽象，是对事物的一种无歧义的书面描述。
建立系统模型的过程。又称模型化。建模是研究事物的重要手段和前提。凡是用模型描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建
模。因描述的关系各异，所以实现这一过程的手段和方法也是多种多样的。可以通过对物件或者人物本身运动规律的分析，根据事物的机理来建模; 也可以通过对系统的实验或统计数据的处理, 并根据关于事物的已有的知识和经验来建模。还可以同时使用几种方法。
关于面部建模的布线
讲究面部布线的一个最重要目的就是为了表情动画。人物内心的各种不同的心理活动，主要是通过面部表情的变化反映出来。而面部变化最丰富的地方是眼部(眉毛) 和口部，其它部位则相应的会受这两部分影响而变化。对于面部表情，必须把整个面部器官结合起来分析。单纯只有某一部分的表情不能够准确表达人物的内心活动的。清楚的分析理解面部肌肉的走向分布和收缩方式，十分有利于把握面部的模型布线。
游戏模型的面数有一定的限制，但是布线不够的话就不能很好的表现想要的表情，因此“合理和足够的线 ”这个要求，作为我们游戏项目表情的制作的重要的制作标准。
下图是张布线相对比较理想的模型截图。线的密度分配主要集中在活动区域比较强烈的嘴部和眼睛部位。布线走向符合面部肌肉的走向，特别是鼻唇沟划分比较明显且合理。
怎样才能做到合理且足够的布线:
1． 要想合理布好线，布线的方式一定要与肌肉运动的方向相符合，
否则很难表达出你想要的表情。
2． 不要怕麻烦或吝啬，关键部位舍不得布线，没有足够的可控点，表情就肯定做不到位。
3． 必须对设置、动画有一定了解，也就要知道运动原理和方式，才能控制好表情目标体模型
表情肌肉：面部表情肌属于皮肤，为一些薄而纤细的肌纤维。一般起于骨或筋膜，止于皮肤。收缩时牵动皮肤，使面部呈现出各种表情。
眼部和嘴部是面部最为活跃的区域，其它部位则相应的会受这两部分影响而变化。因此我们重点关注这2个部分的肌肉走向位置，和运动方式。
眼部：
a. 眼部的环状眼轮匝肌，位于眼眶部周围和上、下眼睑皮下。其收缩时能上提颊部和下拉额部的皮肤使眼睑闭合，同时还在眼周围皮肤上产生放射状的鱼尾皱纹。闭眼、思考等表情都会影响到眼轮匝肌
.
b. 横向的皱眉肌和纵向的额肌，皱眉肌：在额肌和眼轮匝肌的之间靠近眉间的位置。其收缩时，能使眉头向内侧偏下的方向拉动，并使鼻部产生纵向的小沟。
c. 降眉肌：位于鼻根上部皱眉机内侧，其中还包括降眉间肌。当其收缩时可以牵动眉头下降，并使鼻根皮肤产生横纹。一般来说，皱眉肌和降眉肌是共同参与表情变化的，在愁闷、思考等表情中可以使这几组肌肉紧张收缩而产生锁眉的表情。
c. ，环状的口轮匝肌和放射状的提肌可以实现很多动作。因此嘴部的布线相对密集。
口轮匝肌：也称口括约肌，位于口裂上下唇周围。口轮匝肌可以看成是环形的肌肉，在位置上可以分成内、外两个部分，内圈为唇缘、外圈为唇缘外围。口轮匝肌内圈在收缩时，能紧闭口裂呈抿嘴的表情，外圈收缩，并在颏肌的作用下产生撅嘴的表情。
d. 嘴角的模型线的穿插
嘴角的布线要注意上嘴唇和下嘴唇的穿插。笑肌和颧肌肉的起点是靠近下嘴唇的嘴角部。笑的时候牵动的是下嘴唇的末端，上唇是被动牵引。
图2.1.2
图2.1.3
e. 尤其要注意鼻唇沟。
在布线时一定要有一条完整的环状线确定鼻唇沟。
在口部周围有称为鼻唇沟和颏唇沟的两条曲线，其是构与面部形态的主要特征，同时对面部表情的变化影响也比较大。鼻唇沟是由上唇方肌和颧骨的上颌突构成，其位置在鼻翼两侧至嘴角两侧。颏唇沟是由下唇方肌和颏隆凸构成，位于下唇边缘并向颏结节上缘逐渐消失。
鼻唇沟是将面颊部及颌分开的体表标志，鼻唇沟是由面颊部有动力的组织和无动力的组织相互作用的结果而形成。人们的许多表情动作，如微笑、哭泣等，都是通过鼻唇沟形态的改变，而开始启动的。例如，微笑始于鼻唇沟周围的肌肉，当它们收缩时，上唇便朝着鼻唇沟向后方牵拉，由于颊部厚厚的皮下脂肪，使唇在鼻唇沟处遇到阻力，使鼻唇沟弯曲并且加深。同样，在哭泣、示齿、咀嚼等表情及动作中，都会伴随表现出鼻唇沟的弯曲及加深。
青少年时，面部表情及静止状态、鼻唇沟形态的变化及原状都会给人一种自然和谐的感觉。当年龄超过30岁时，面部逐渐出现衰老变化，尤其是鼻唇沟的加深最为明显，
这是由于面部皮肤的松垂堆积
于鼻唇沟的颊侧，再加以鼻唇沟30余年的频繁活动，故在静止状态下，鼻唇沟逐渐加深、变宽及伸长。见下图，30岁男人有明显的鼻唇沟。
关于身体建模
1. 线框建模
三维线框模型是计算机领域最早用来表示三维形体的模型。建模前期，首先把人体分割为一些身体段和关节，然后将此信息转化成若干线段，用一些顶点和棱边数据来表示线段，由于只用折现来表示物体的的线框模型过于粗糙，所以后来在模型中就采用曲线来表示物体。但是，如果直接用离散的点来表示曲线，需要的数据量过大，因此多采用二次曲线，Bezier 曲线和B 样曲线等参数曲线表示法，这样，交叉使用曲线段和曲线段进行建立的模型更接近人体形状。
线框模型的主要优点是结构简单，操作方便，可以产生任意视图，对硬件要求不高，在CPU 执行时间和存储方面开销很低。但这些构型方法所需信息很少，均涉及不到表面和实体的数据，建立的模型就像一个骨架，不能够逼真，形象的模拟人物。具体表现在如下几方面：
1） 所有的棱和曲线等显示出来，物体的真实形状需由人脑的
解释才能理解，容易导致二义性；
2）
3） 当形状复杂时，棱线过多，会引起模糊理解； 轮廓线过于粗糙，缺少曲面，真实感较差，无法识别面与
体；
4） 不能消除隐藏线。由于结构简单，有些运动不能表现。
1. 实体模型
实体模型技术是20世纪
70年代末期、80年代初期
逐渐发展起来的，典型的
造型方法及造型系统有
NUDES 系统、Bubbleman
模型和Laba 表示法模型等。
其方法有基本体系引用法、扫描表示法、单元分解法、边界表示法和结构实体几何表示法。
2.1基本体系引用法
基本体系是通过函数或参数描述的几何体，如立方体(参数为长、 宽、 高) 、 圆柱体(参数为直径、 高度) 等. 对基本体系进行线性变换可以定义新的形体 , 如球体在 X 、 Y 、 Z 3个方向进行不等比例的变换可得到椭球 , 正方体进行不等比例的变换可得长方体 , 进行三维错切变换科的斜棱柱体等. 这种变换只改变几何形状 , 不改变拓扑关系. 基本体系引用法简单 , 易于实现 , 但表示复杂形体有困难 , 特别是不能实现自由曲面造型。
2.2扫描表示法
扫描表示法是二维图形在空间沿某一路径产生的三维实体 , 一般有3种形式
:
1) 平移扫描. 二维图形是封闭轮廓线 , 运动轨迹是与图形平面
垂直的直线;
2) 旋转扫描. 二维图形是封闭轮廓线 , 绕某一轴线回转而成 , 运动轨迹是圆;
3) 广义扫描. 二维图形是封闭轮廓线 , 而运动轨迹是空间曲线 , 且可以用参数曲线表示 , 这种扫描法可以使自由曲面实体模型化
2.3单元分解法
单元分解法是将物体分解成一些比原物体容易描述的子物体. 分解可以进行多次 , 直到每一子物体满足预定的可描述标准. 单元分解法包括四叉树分解、 八叉树分解和多叉树分解。
1.4 边界表示法
一个物体可以表示为有限的边界表面的集合 , 即物体的边界
是所有单个面之并 , 而每个面又由其边界的边所围成 , 这些边界位于各自顶点之间. 这样形成了物体的层次结构表示法:体 — 面 — 边 — 点. 在更一般的情况下 , 面上可能存在孔洞 , 这样的面由外环和内环之间区域组成 , 故更通用的层次结构为:体— 面 — 环 — 边 — 点 , 这种表示法有利于以面和边为基础的各种几何运算和操作 , 如形体框架图的显示绘制、 有限元网格的划分等。
2.5实体几何表示法
实体几何表示法(CSG)是用体素拼合物体的有效表示方法. 它
将物体的组成结构与有序的二叉树联系起来 , 形成 CSG 树 , 能紧凑地描述物体的几何模型. 此方法把人体分解为几种三维体素 , 如
圆柱、椭球和球等 , 用 CSG 树表示人体 , 非叶子结点是运算符如交、 并、 差 , 叶子结点一般代表基本体素 , 通过集合运算(并、 交、 差) 生成复杂形体的一种建模技术. 这种方法最适合于三维人体建模。
实体模型的主要特点提供了人体的几何和拓扑信息 , 克服了
线框模型的二义性 , 具有局部控制效应 , 并可以实现人体的消隐 , 进行真实感图像的生成. 但此模型的数据量大 , 对硬件的要求比较。
3. 曲面模型
3.1 由一组多边形描述
最常用的基本造型元素是一组多边形的集合 , 使用多边形集合可以构成大多数的任意曲面. 每个多边形由它的顶点来定义 , 在一个平面上依次连结它的几个顶点就构成了一个封闭的平面多边形. 多边形可以是凸多边形和凹多边形 , 由于在凸多边形内部任意两点之间的连线决不会越出凸多边形之外 , 而凹多边形则不然 , 所以凹多边形常分解成凸多边形. 这样 , 需要描述的曲面由一系列有序的凸多边形构成. 很多系统以三角形和四边形作为基本单元。
3.2 由代数曲面描述
在计算数学中有一类用参数形式拟合离散数据点给定曲面的方法 , 此数学表达式需借助于两个参数 , 所以又称为双参数化曲面 , 包括 Bezier 曲面、 B 样条曲面、 非均匀B 样条(NURBS)曲面。
Bezier 曲面
1971 年法国学者贝塞尔 ( P. Bezier) 在为雷诺(Renault)汽车公司研制 unisur f 系统的过程中 , 提出了贝塞尔曲线曲面 , 从而使得由控制点及控制多边形或控制多面体生成曲线曲面成为可能 , 设计人员能够按照给定的控制点的位置分布就能控制曲线曲面的形状。
Bezier 模型可以通过控制点 Q 的位置来影响控制点附近的曲面部分 , 但对其他部分也有影响 , 尤其在复杂的人体曲面设计过程中 , 不具有局部控制的特点 , 存在着拼接方面的困难。
3.4 B 样条曲面
为解决Bezier 方法局部修改的问题 ,1972 年 , 德布尔(De Boor) 提出了B 样条曲线和曲面的算法 , 并
于1974年被美国通用汽车公司的戈登(W. G ordon) 和里森菲尔德(R. Riesenfeld) 引用到曲线曲面的设计中.B 样条曲线与Bezier 曲线曲面不同之处在于B 样条函数取代了Bernstein 基函数 , 其优越点在于:
1) 具有局部控制性质;
2) 可以表示比贝塞尔曲面复杂得多的曲面 , 控制多面体的顶点数量不受限制;
3) 多个 B 样条曲面片的连接不需要考虑连接条件。
3.5 非均匀有理B 样条(NURBS)曲面
随着三维人体建模技术的不断成熟 , 迫切需要寻找将曲面实体溶为一体的表示方法 , 随之 , 非均匀有理B 样条(NURBS)曲面建模技
术应运而生 , 并获得了较快的发展和广泛应用. 它通过调整控制顶点和权因子改变曲面形状 , 并可以方便地转换成对应的贝塞尔曲面. 因此 ,NURBS 方法已成为曲线曲面建模中甚为流行的技术。
NURBS 曲线曲面表示形式的优点主要为:
1) 可以精确地表示规则曲面. 而 Bezier 和 B 样条方法构造参数曲面时是用逼近的方法 , 使造型不便且影响精度;
2) 可把规则曲面和自由曲面统一在一起 , 因而便于用统一的算法予以处理统一的数据库加以存储;
3) 由于增加了额外的自由度因子 , 有利于曲面形状的控制和修改 , 使设计者能更方便地实现自己的设计意图。
3.6 由一些碎片描述
应用许多小片的曲面光滑地连在一起 , 以构成复杂物体的弯曲表面的方法叫做碎片法。
构成小碎片的曲面可以由 4 条边界来定义 , 这4条边界一般都不是直线 , 而是三维的曲线 , 因而由这4条边界曲线组成的空间四边形是扭曲的小曲面。一个物体的表面由许多这样的小碎片组成 , 并以限定的连续性条件拼合在一起 , 以构成各种曲面形状与结构. 通常用Bezier 、 B 样条和NURBS 方法生成一些小碎片 , 并根据连续性条件构成一张足够光滑连续的物体表面。
除此之外 , 还有线性拉伸面、 直纹面、 旋转面和扫描面等 , 是根据不同角度来选用不同的曲面建模技术. 表面模型可以分割成有限个面片 , 灵活实现肌肉的纹理变化 , 具有局部控制的特点 , 可以实
现人体消隐 , 很逼真地表示人体. 这种模型往往用于构造复杂的曲面物体 , 由于该模型所需数据较前两种方法多 , 并对硬件配置要求较高 , 且运行速度较慢。
4. 基于物理特性建模
尽管传统的建模技术对人体的几何信息和拓扑关系描述的很完整 , 但对于人体动态建模仍有一定的局限性。由于人体的关节运动和肌肉收缩是人体本身所具有的物理特性 , 为使三维人体动画仿真效果更佳 ,1987年 ,A. H. Barr 在 SIGGRAPH ’ 87 上提出了“基 于 物 理 特 性 的 建 模”( Physically2BasedModelling)思想 , 将物体的物理特性加入到其几何模型中 , 通过数值计算对其进行仿真 , 物体的行为则在仿真过程中自动确定。基于物理特性的建模过程中。需考虑以下几点:
1) 人体本身所具有的物理信息;
2) 人体的运动规律需要采用动态系统的算法来描述;
3) 人体的运动具有一定的时间差 , 需借助于时间变量来描述. 这种方法是建立在传统建模方法之上的 , 弥补了几何建模技术的不足之处 , 可以获得更复杂更真实的人体建模效果。
结束语
所建立的三维人体建模需要达到高度的仿真 ,这样就要求在模型的设计过程中考虑到人体所具有的一切特性。显然 ,人体分层表示法较基于物理特性建模方法更能逼真的体现人体特性 ,但这些新兴的建模方法都是建立在线框模型、 体模型、 曲面模型之上的。笔者认为对人体建模 ,要根据不同的部位可选择更合适的方法 ,如现在已经成型的脸部模型其实采用的是曲面模型中的碎片拼接 ,还有手部模型就需要采人体分层表示法 ,把手部的关节运动及肌肉收缩体现地
淋漓尽致。随着时代的发展 ,三维人体建模方法也在不断地得到完善 ,但发展同时也离不开传统的方法。所以需要深入研究基础方法 ,吸取精华 ,去其糟粕 ,结合人体的所有特性来创造出新的建模技术。