一种动画素材组织和应用的方法技术领域
本发明属于计算机动画领域，涉及到自然语言处理，人工智能，
语义信息处理等应用技术，针对动画素材的组织、描述和应用，提出
一种动画素材组织和应用的方法。
背景技术
如何针对具体的需求，高效而准确地从数量庞大，种类繁多的动
画素材中寻找所需或相近的素材，是提高三维动画制作的效率的关
键。
在利用动画素材进行动画制作过程中，除了考虑素材的格式，分
辨率等基本因素外，为了保证整个动画的在情节上的一致性，素材所
属的时代，地域等因素也十分关键。已有的动画素材管理平台，通常
仅从类别上对素材进行检索，而缺乏对于素材使用条件和背景的描
述，为动画素材使用造成不便。
此外，已有动画素材管理平台中主要是对素材模型，贴图等静态
素材的检索，而对于动态素材如角色的动画，口型等涉及较少；
最后，已有的动画素材管理平台中包含的素材分类是彼此独立，
但在素材使用过程中不同类型素材之间是相互关联的，如角色模型往
往与相应的动作曲线相关联。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提出一种动画素材组织和应用
的方法，以有效地对不同类型动画素材及之间的相互关系进行管理和
维护，提高动画素材检索的扩展性和智能性。一种动画素材组织和应
用的方法其特点在于：(1)构建动画素材知识体系，对动画制作中所
利用的同类动画素材进行分类描述，并对不同类型素材之间的关联关
系进行刻画；(2)设计动画素材推理方法，提高素材检索的智能性。
为了达到这一目的，本发明提出一种动画素材组织和应用的方
法，主要步骤包括：
步骤S1：构建动画素材知识体系；
步骤S2：在动画素材知识体系的基础上，对用户输入的查询进
行初步语义理解，生成基本检索语义单元集合；
步骤S3：根据基本检索语义单元集合，结合动画素材知识体系
中素材之间的关系，构建知识树推理模型，对基本检索语义单元集合
进行推理，生成扩展检索语义单元集合；
步骤S4：根据基本检索语义单元集合和扩展检索语义单元集合，
对动画素材进行检索，生成基本检索素材集合和扩展检索素材集合。
进一步的，所述动画素材知识体系提供一种动画素材组织和描述
的方式，为动画素材的检索和应用提供支撑，构建动画素材知识体系
的步骤包括：
步骤S11：动画素材领域知识内容分析；
步骤S12：建立三层动画素材知识体系；
进一步的，所述步骤S11动画素材领域知识内容分析，将动画素
材知识分为静态素材和动态素材；
静态素材是动画素材知识体系的基础，动态素材建立静态素材的
基础之上，主要分为与角色相关的动态素材以及和剧情相关的动态素
材两种。
进一步的，所述步骤S12建立三层动画素材知识体系是在分析
动画素材内容的基础上，依据素材之间的相互关联，构建包含素材知
识树层，素材类别描述层，素材实例层三层的动画素材知识体系结构；
素材知识树层刻画同类型素材，不同类型素材关系，常识的分类
知识以及它们之间相互联系；
素材类别描述层刻画素材的描述框架；
素材实例层是依据素材类别描述层提供的描述框架，对素材进行
的实例化描述。
进一步的，所述素材知识树层由若干素材知识树组成，素材知识
树代表一类动画素材或常识的分类知识，素材知识树由若干知识节点
组成；
同一棵素材知识树中知识节点间的关系主要包括父子，成员和相
似关系；在不同素材知识树之间的关系主要包括关联关系和主辅关
系。
进一步的，所述知识树推理模型，主要包括相似性推理和关联推
理；
相似性推理以素材知识树的知识节点之间的相似度大小为依据，
根据相似度由高到低地顺序对同一颗素材知识树的知识节点进行排
序；关联推理利用素材知识树之间的相互联系，在同类型素材之间的
推理操作。
进一步的，所述动画素材的检索，以基本检索语义单元集合和扩
展检索语义单元集合为基础，以动画素材知识体系为依据，产生基本
检索约束集合和扩展检索约束集合，并生成基本检索素材集合和扩展
检索素材集合。
本发明一种动画素材组织和应用的方法其有点在于：(1)可以构
建动画素材知识体系，对动画制作中所利用的同类动画素材进行分类
描述，并对不同类型素材之间的关联关系进行刻画；(2)设计了动画
素材推理方法，提高素材检索的智能性。
附图说明：
图1是本发明一种动画素材组织和应用方法的结构图；
图2是本发明动画素材分类结构图；
图3是本发明素材知识树层，素材类别描述层，素材实例层之
间的结构关系图；
图4是主知识树与辅助知识树之间的关系图；
图5是“场景”素材类别的描述结构图；
图6是基本检索语义单元集合生成的流程图；
图7是扩展检索语义单元集合生成的流程图；
具体实施方式
下面结合附图，系统地对本发明如何构建动画素材知识体系，并
在此基础上对动画素材进行检索的方式进行详细描述。
本发明一种动画素材组织和应用方法的结构如图1所示。该发
明在分析动画制作过程中所需的动画素材的内容和相互关联的基础
上，构建动画素材知识体系，并在此基础上设计素材相似性计算和推
理方法，为动画设计人员提供了一种更加智能简便的素材检索方式，
使用户能以自然语言检索的方式从素材库中找到满足条件的素材及
相关素材。
下面对每一流程的功能和设计进行详细阐述。
步骤S1：构建动画素材知识体系；
动画素材知识体系的构建是整个动画素材组织和应用的基础，构
建的主要步骤包括：
步骤S11：三维动画制作领域知识内容分析；
在对动画素材领域知识内容进行归纳和总结，将动画素材分为静
态素材领域知识和动态素材领域知识。动画素材分类结构如图2所
示。
静态素材主要包括场景，场景元素，材质，纹理，贴图，模型，
毛发；动态素材主要分为与角色相关的动态素材以及和剧情相关的动
态素材两种。其中与角色相关的动态素材包括角色动作，姿态，表情，
口型，声音，与剧情相关的动态素材包括配乐和特效。
静态素材和动态素材并非相互独立，静态素材是整个动画片制作
的基础，而动态素材是以静态素材的基础，是根据情节需要在静态素
材上的动态操作（如动作，表情……）。
此外，在素材制作和使用过程中可能受常识知识的约束和影响，
常识知识主要包括地理，时代，天气，摄像机机位，画面比率，颜色
等因素。
角色模型和场景元素是静态素材的核心素材，表情、姿态、动作
等动态素材都以角色模型为基础，场景元素则是构建场景的基础；材
质，贴图，纹理素材为道具，服装等素材的构建提供支撑；为了使素
材能够符合时代和地域，常识知识为素材的构建提供时间和空间的约
束。
步骤S12：建立三层动画素材知识体系；
在对动画素材知识进行归纳和总结的基础上，根据素材粒度的不
同，构建包含素材知识树层，素材类别描述层，素材实例层的三层动
画素材知识体系结构。素材知识树层，素材类别描述层，素材实例层
之间的结构关系如图3所示。
(1)素材知识树层刻画同类型素材和常识知识的分类知识，以及
不同类型素材之间的相互关系；
根据素材知识中所对应素材在动画制作过程中的重要性及相互
依赖关系，将知识树层进一步划分为主知识树子层和辅知识树子层。
主知识树子层包含动画制作过程中具有实体的动画素材类别知
识，包括：角色模型知识树，场景元素知识树，场景知识树，道具知
识树，服装知识树，材质知识树，贴图知识树，表情知识树，姿态知
识树，动作知识树，口型知识树，音效知识树，配乐知识树，特效知
识树。
在主知识树子层中，在同一棵知识树中，知识节点的关系包括三
种，父子关系，组成关系，相似关系。其中在父子关系中，子级节点
继承父级节点的属性；而在成员关系中，成员节点是组成父级节点的
一部分。在不同主知识树之间，根据所属素材之间的关系，在知识树
的树根建立之间的相互关联，以表达了不同类型素材之间的关联关
系。
辅助知识树层是对常识知识的刻画，主要包括对主知识树层中的
知识进行支撑和说明的分类知识，包括：天气知识树，颜色知识树，
地域知识树，时代知识树，烘托氛围知识树等。
主知识树与辅助知识树之间的关系如图4所示。
(2)素材类别描述层确定不同素材类型的描述框架；
素材类别描述层建立在素材知识树和素材实例层之间，是对素材
知识树层中的素材知识节点的描述框架定义，为动画素材的检索提供
多角度的检索方式。在素材类别描述层中，采用<属性名，取值范围>
的方式对素材知识点进行描述。如对于“场景”素材类别的描述结构
如图5所示。
(3)素材实例层是对依据素材类别描述层提供的描述框架，对具
体的动画素材进行描述。
素材实例层是动画素材知识体系的最底层，是根据素材类别描述
层提供的描述框架，针对具体的动画素材进行的实例化描述。
步骤S2：在动画素材知识体系的基础上，针对用户输入的查询
进行初步语义理解生成的基本检索语义单元集合，基本检索语义单元
集合由若干动画素材知识体系中知识树层中的知识节点组成。基本检
索语义单元集合生成的流程如图6所示。基本检索语义单元集合生成
的主要步骤包括：
步骤S21：分词；
将对用户输入的查询语句进行切分，切分结果为一个短语集合。
步骤S22：查找词汇对应知识树的知识节点；
根据动画素材知识体系，将分词获得短语与知识树上节点进行匹
配，每匹配一个知识节点将该知识节点的分值加1，并记录该短语与
该知识节点的映射关系。统计每一个短语与之相对的知识节点的分
值，选取分值最大的知识节点作为该短语语义分析的结果，在主知识
树层生成主知识树候选检索节点集合，在辅助知识树层生成辅助知识
树候选检索节点集合。
步骤S23：知识节点整合
对主知识树候选检索节点集合和辅助知识树候选检索节点集合
进行整合，生成基本检索语义单元集合。
整合的方式包括父子关系整合和成员关系整合。其中父子关系整
合，主要利用知识树中知识节点的父子关系，即如果在候选检索节点
集合中出现具有父子关系的节点，则将子节点添加到基本检索语义单
元集合中，因为子节点比父节点的内涵更加具体；成员关系整合，主
要利用知识树中知识节点的成员关系，即如果在候选检索节点集合中
出现具有成员关系的节点，则将该知识节点所有的成员节点添加到基
本检索语义单元集合中。
步骤S3：针对基本检索语义单元集合，结合动画素材知识体系
中素材之间的关系，对基本检索语义单元进行知识树推理，生成扩展
检索语义单元集合。扩展检索语义单元集合由若干动画素材知识体系
中知识树层中的知识节点组成。扩展检索语义单元集合生成的流程如
图7所示。
根据推理的依据不同将知识树推理分为：相似性推理和关联推理
两类。
(1)相似性推理
相似性推理是指在同一棵知识树中，针对选择的知识节点，依
据知识节点间相似性而生成知识节点相似性序列。
对于基本检索语义单元集合中的每一知识节点，根据相似性计
算的结果，生成相似度由高到低的知识节点序列，添加到扩展检索语
义单元集合。
对于同义的知识节点K1,K2，令K1,K2的相似度
Similarity(K1,K2)=1；而对于非同义概念，通常利用知识节点K1,K2的
距离Dist(K1,K2)来间接获得Similarity(K1,K2)。
Similarity ( K 1 , K 2 ) = Dist ( K 1 , K 2 ) ]]>
知识节点K1,K2的距离Dist(K1,K2)又可以分解为知识节点的内涵
属性距离Distintension(K1,K2)和外延关系距离Distextension(K1,K2)。
Dist ( K 1 , K 2 ) = 1 2 Dist int ension ( K 1 , K 2 ) + 1 2 Dist extension ( K 1 , K 2 ) ]]>
其中，影响知识节点内涵距离Distintension(K1,K2)的因素包括知识节
点之间属性的名称，以及相对应属性的属性值；
Dist int ension ( K 1 , K 2 ) = 1 - Weight Common _ Atr * Σ atr ∈ Common _ Atr ( K 1 , K 2 ) Weight atr * 1 - Dist atr ( K 1 , K 2 ) ]]>
其中WeightCommon_Atr为知识节点间相同属性所引起的相似性提升系
数，
Weight Common _ Atr = Dim ( Attributes ( K 1 ) ∩ Attribute ( K 2 ) ) Dim ( Attributes ( K 1 ) ∪ Attribute ( K 2 ) ) ]]>
Dim表示集合的元素的个数。Attributes(K1)是知识节点K1的属性
集合，Attribute(K2)是知识节点K2的属性集合。
Common_Atr(K1,K2)是知识节点K1,K2共有的属性集合，
Common_Atr(K1,K2)=Attributes(K1)∩Attribute(K2)
Weightatr表示属性atr在该知识节点的重要程度，通常0≤Weightatr≤1。
Distatr(K1,K2)表示知识节点K1,K2属性atr上取值的语义距离,
如在动画素材知识体系中名称是atr相同的知识树T，则Distatr(K1,K2)
则为在所对应知识树T中知识节点K1,K2的距离，否则如果知识节点
K1,K2属性atr的属性值相同则Distatr(K1,K2)为1，否则为0。
(2)关联推理
关联推理主要是在不同的知识树之间（包括主知识树之间和主知
识树和辅助知识树之间），依据知识树之间的相互关联，生成扩展检
索语义单元集合。
对于知识节点相似性序列中的每一知识节点，如果该知识节点所
属知识树属于主知识树层，且与其他主知识树有关联（依据知识树树
根之间的联系），则可根据关联关系在相关主知识树的关联关系，获
取相关主知识树中的知识节点，添加到扩展检索语义单元集合。常见
的关联关系是动态素材与静态素材之间的关联，如角色模型知识树与
角色动作知识树之间的联系，针对角色模型，可以推理出该角色模型
所适用的动作素材，即角色动画曲线。
步骤S4：根据基本检索语义单元集合和扩展检索语义单元集合，结
合动画素材知识体系，对动画素材进行基本素材检索和扩展素材检
索，生成素材基本检索集合和素材扩展检索集合。检索的步骤包括：
步骤S41：生成基本检索约束集合和扩展检索约束集合；
根据基本检索语义单元集合和扩展检索语义单元集合中知识节
点所属知识树的类别进行划分，划分为主知识树知识节点集合
Kprimary={Kpi},i＝1,2,....和辅助知识节点集合Kauxilary={Kaj},j=1,2,....。其中
Kpi表示基本检索语义单元集合和扩展检索语义单元集合中主知识
树的知识节点，Kaj表示基本检索语义单元集合和扩展检索语义单元
集合中辅助知识树的知识节点。
根据基本检索单元集合中辅助知识树和主知识树的相关关系，生
成基本检索约束集合Rbasic={<Kaj,Kpi>basic|Support(Taj,Tpi)}，i，j=1,2,...
根据扩展检索约束集合中辅助知识树和主知识树的相关关系，生
成扩展检索约束集合Rextend={<Kaj,Kpi>extend|Support(Taj,Tpi)}，i，j=1,2,...
其中Taj表示知识节点Kaj所属的辅助知识树，Tpi表示知识节点
Kpi对应的主知识树，Support(Taj,Tpi)表示辅助知识树Kaj对主知识树
Kpi有支撑关系。
步骤S42：根据基本检索约束集合和扩展检索约束集合，检索概
念素材实例，生成基本检索素材集合和扩展检索素材集合。
对于基本检索约束集合和扩展检索约束集合中的约束
<Kaj,Kpi>，Taj表示知识节点Kaj所属的辅助知识树，Tpi表示知识节点
Kpi对应的主知识树。检索的步骤包括：
步骤S421：生成属性名称，将Taj知识树的名称作为属性名
AtrName；
步骤S422：生成属性值，将Kaj知识节点的名称作为属性值
AtrValue；
步骤S423：确定查找素材小类类型，将Kpi知识树的名称作为检
索素材类型searchType；
步骤S424：在素材概念实例库中，检索出类型为searchType的
素材集合，并在该集合中检索满足属性为AtrName，属性值为
AtrValue的素材，并根据约束<Kaj,Kpi>的所属集合（基本检索约束
集合或扩展检索约束集合），添到基本检索素材集合或扩展检索素材
集合。