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对骨骼动画分析与思考 　　摘 要 主要介绍目前应用最为广泛的骨骼动画的一些相关知识，简要分析骨骼动画的原理及优缺点，并结合自己的理解对骨骼动画的发展及其在中等职业教育中的应用进行研究。 　　关键词 骨骼动画；网格模型；顶点；中等职业教育 　　中图分类号：TP317.4 文献标识码：B 　　文章编号：1671-489X（2014）04-0086-02 　　1 概述 　　随着计算机动画在电影、游戏、虚拟现实等领域的广泛应用，越来越多的人们经常会听到一个最流行的词语——骨骼动画（bones animation）。所谓骨骼动画，就是通过改变骨骼的位置和朝向来移动和编辑一个模型而生成的动画。理解骨骼动画可以先从骨骼开始。在骨骼动画中，骨骼是基础，是关键点。目前在各类实时动画应用中骨骼动画已经成为使用最广泛的动画技术，使用骨骼动画技术，可以设计塑造出很多栩栩如生、形象逼真的动画角色，特别是对于人和其他脊椎动物的造型设计。如大家熟知的很多游戏（如魔兽世界、合金装备等）中的造型，都是骨骼动画技术的运用。 　　本文将对骨骼动画的一些相关知识进行分析与思考，进而探索骨骼动画在中等职业教育中应用的可行性。 　　2 骨骼动画的原理 　　骨骼动画的基本原理 在自然界中，人和大多数动物的运动都是由骨骼的运动带动依附于对应骨骼的皮毛血肉一起运动完成的，骨骼动画正是起源于这一点。一般来说，在骨骼动画中每一个角色主要是由两部分表示的，即骨架和皮肤。骨架是按照一定层次组织起来的骨骼的总称。而皮肤主要是指蒙在骨骼之上的网格模型。网格模型即角色的多边形模型，该多边形模型一般由三角形面片组成，而三角形又是由顶点组成的，同时还需要确定哪些骨骼影响哪些顶点，当骨骼运动时依附于骨骼的顶点会随着一起运动，这样就实现了动画中角色的运动。 　　骨骼动画的细节分析 在骨骼动画中，骨骼按照动画角色的特点形成一个层次结构，即骨骼结构。骨骼结构就是一系列的骨头相结合形成的骨层级，这些骨骼按照父子关系是以树状结构组织起来的，形成角色模型的整个骨骼框架。位于树根处的骨头称为根骨骼，它是形成骨骼结构的关键点。而其他??有的骨骼被称为子骨骼或者兄弟骨骼，它们都附属于根骨骼，都直接或间接连接到根骨骼上。骨骼动画中一般每块骨骼都带有两个矩阵，一个是初始变换矩阵，又称相对矩阵，用于表示骨骼的初始位置；另一个是组合变换矩阵，又称绝对矩阵，它是骨骼的最终矩阵，可以通过相对矩阵和其父骨骼的绝对矩阵相乘计算得到，主要用于对骨骼进行变换。相邻的骨骼由关节连在一起，可以做相对的运动。当相邻骨骼之间的夹角或位移发生改变时，组成动画角色的骨骼就可以做出不同的动作，从而实现不同的动画效果。而作为皮肤的网格模型则用于规定动画角色的外在形象，它是在骨骼运动影响下变化的一个可变形网格。 　　组成网格模型的每一个顶点都会受到一个或多个骨骼的影响。当一个顶点受到一个或多个骨骼运动影响时，不同的骨骼按照其与该顶点的关系可以确定出对该顶点的影响权重，这一权重信息既可以通过建模软件计算，也可以用手工设置完成。按照网格模型中各个顶点中保存的相应的权重信息和影响它的骨骼索引，可以计算出该顶点的新位置，在骨骼动画中骨骼的位置是随时间变化的，而顶点的位置是随骨骼变化的。如果要改变顶点的位置，只需移动模型中对应的一根骨头就可以，这样就能实现在骨骼驱动下的单一网格动画。 　　在骨骼动画文件中，一般只有一帧的顶点位置信息，而其他帧的顶点信息完全是在动画运行中实时计算出来的，计算的方式，就是要了解骨骼的作用。也就是说，每一帧的顶点信息都是依靠“骨骼”计算出来的。这种时间换空间的做法，相对于顶点来说，骨骼需要的存储量会少很多，但却多了一些运算。 　　3 骨骼动画的优缺点 　　如今骨骼动画已经成为渲染3D角色模型的主要技术，在计算机图形学中基于骨骼运动的角色造型具有很强的真实感。它对处理器性能的要求很高，占用磁盘空间相对比较小，可以更容易、更快捷地创建角色模型，不但比单一的网格模型动画更加灵活、逼真，还克服了关节动画中的接缝问题。骨骼动画只需要存储骨骼变换数据，不需要在每一帧中存储各个顶点的数据，因此使用骨骼动画可以节省许多磁盘空间，并且能够较好地控制网格模型的变换。不同的骨骼动画可以被组合到一起使用，一些引擎可以实时操纵单个骨骼，这样可以使角色和环境更加准确地进行交互。 　　目前骨骼动画被广泛地应用在很多领域，特别是网络游戏制作方面。骨骼动画具有很多优势，但其技术难度也很高。有了骨骼动画这种技术，在创建角色动画时，不再需要动画模拟几何图形数据。有了骨骼动画，就不用提前做好预处理，可以在游戏运行时计算动画，这样在游戏中可以有更真实的运动效果。因为不是所有的引擎都支持骨骼动画，骨骼动画中大量的计算，对中央处理器来说是一个很大