计算机辅助古建筑动画自动生成系统中斗栱生成的研究

摘要

中国古建筑艺术是中国传统文化中的瑰宝，是全世界建筑艺术的重要组成部分，与欧洲建筑、伊斯兰建筑并称世界三大建筑体系。中国古建筑的影响范围遍及半个亚洲和众多少数民族地区，在世界建筑历史中占有不可忽视的重要地位。在当今社会，古建筑的影响大大减弱，古建筑现状堪忧，古建筑技术的传承面临巨大挑战。为了弘扬民族文化，传承我国古代优秀的智慧结晶，向广大人民群众宣传和讲授古建筑技术知识十分必要。 全过程计算机辅助动画自动生成技术由中科院的陆汝钤院士提出，是人工智能技术、计算机图形学、计算机网络、电影艺术等学科前沿技术的综合应用。它形成了一套自顶向下、逐步求精的方法，以受限的中文自然语言为输入，逐步处理，最终转化为可以被动画软件识别的动画脚本语言，继而在动画软件中渲染得到动画。 基于语义理解的古代建筑动画计算机辅助生成技术是一个崭新的课题，将全过程计算机辅助动画自动生成技术应用于中国古建筑领域，使三维动画艺术与人工智能技术完美结合。良好的视觉效果、快速便捷的生成过程以及用户的互动参与能在很大程度上刺激广大人民对于中国古建筑艺术的热情，对大力宣传我国古建文化艺术有着重大意义。目前在古建筑领域，国内外计算机辅助动画制作方面的工作很多，但从描述建筑结构的类自然语言开始，由计算机完成全过程动画创作的研究还没有过。而动画自动生成技术与古建筑领域相结合，充分发挥了快速、高效、智能、教育意义强的优势。本文介绍了在全过程计算机辅助动画自动生成技术路线背景下，古建筑动画自动生成系统的设计思路、组成结构和中间语言的作用，阐述了斗棋在古建筑中的地位与作用，提出了斗(木共)自动生成过程的流程和基本组成结构，简单介绍了XML知识，说明了采用XML作为系统描述语言载体的原因和采用的Java-XML绑定方法--JAXB技术。 作为中国古建筑中具有重要地位的建筑构造部分，斗(木共)是中国传统木构架体系建筑中独有的构件。它甩于柱顶、额枋和屋檐或构架之间，起传递梁的荷载、支撑屋檐重量、增加出檐深度以及增强装饰性的作用。斗拱历史悠久、结构复杂、形制众多，研究斗(木共)有着重要的意义。 斗(木共)自动生成是古建筑动画自动生成系统中的重要组成模块，担负着生成整个建筑所需斗(木共)的重任。遵循全过程计算机辅助动画自动生成技术路线，斗拱自动生成主要分为四个层次：语言理解、定性层实现、定量层实现和动画脚本实现，它根据用户输入的描述斗(木共)的中文类自然语言，借助知识库和模型库，逐步生成对斗棋结构的定性描述、对斗(木共)部件的定量描述、以及底层动画脚本文件。将动画脚本引入动画软件，经过渲染，最终生成满足用户需求的斗(木共)搭建展示动画，这对于展示斗(木共)的结构、搭建过程、功能以及宣传中国古建筑艺术都有着重大的意义。本课题提出了斗拱自动生成的基本流程步骤和组成结构，设计了斗拱的定性规范描述语言和定量规范描述语言格式。定性描述通过刻画部件间的相互连接关系来反映整套斗(木共)的组成结构，定量描述刻画了每个部件的数值信息。设计了斗拱描述语言范式，将古建筑斗拱专业知识融入定性描述生成过程，着重讨论了定量描述信息生成过程中部件模型库的设计实现、部件模型匹配和部件位置计算等主要问题。本课题实现了斗拱自动生成路线，满足了古建筑动画自动生成系统的需要。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景与意义

1.1.1动画自动生成技术

1.1.2中国古建筑及斗栱

1.1.3古建筑动画自动生成的意义

1.1.4斗栱动画自动生成的意义

1.2应用前景

1.3研究现状

1.3.1人工智能技术在动画制作中的应用

1.3.2动画自动生成技术研究现状

1.3.3古建筑领域动画技术应用的研究现状

1.4本课题的主要研究内容

1.5本文结构

第2章古建筑动画自动生成系统

2.1古建筑动画自动生成系统概述

2.2古建筑动画自动生成系统组成

2.2.1系统四个层次

2.2.2系统描述语言

2.3斗拱自动生成结构

2.4输入输出文件格式—XML

2.4.1 XML简介

2.4.2 XML模式

2.4.3 XML解析

2.4.4 Java-XML映射

2.5本章小结

第3章斗栱描述语言

3.1引言

3.2宋式斗栱

3.3清式斗栱

3.4本章小结

第4章斗栱定性描述的设计与实现

4.1引言

4.2斗栱定性描述

4.3定性描述生成

4.4本章小结

第5章斗栱定量描述的设计与实现

5.1引言

5.2斗栱定量描述

5.3定量描述生成

5.3.1模型库的设计

5.3.2部件模型匹配

5.3.3部件位置计算

5.4底层动画文件生成

5.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢