3D动画制作太复杂？谷歌推出MonsterMash，绘画小白都能用

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3D计算机动画的制作，是一个非常耗时、且有很高的技术要求的工作。即使是单个动画场景，也需要经过包括建模、装配和动画制作等复杂工序。

尽管3D动画技术已经发展了几十年，由于这样的复杂性，往往只有娴熟的专业人员才可以完成3D动画的制作。

那么，是否可以建造一种工具，让每个人都可以进行3D动画的制作？

谷歌尝试着制作这样一种工具。他们的主要想法来源于艺术家的“casual mode”（译：休闲模式），这往往也是灵感迸发的时刻。比如，吉他手的即兴创作，演员在排练时随机加入的台词或动作，油画家速写下的画面。在这些场景中，艺术家们可以非常迅速地完整展现他们的想法，同时不惧怕犯错。这里的每个创造过程毫不费力，但却探索了新的可能性。

Monster Mash可以帮助任何人找到3D动画制作的“casual mode”。使用这个工具，用户随手勾勒出图案，Monster Mash可以自动将图案转换为3D模型。

同时，用户可以通过拖拽的方式，让3D模型动起来，形成3D动画。

这个工具的代码是开源的，地址：
https://github.com/google/monster-mash。

Monster Mash的实现，主要基于以下现象——多数3D模型都可以被描述为一系列有顺序的2D图像的重叠。这一想法，可以让3D动画的过程变得非常简单：用户勾画出2D平面轮廓，算法通过拼接、膨胀这些2D轮廓来构建3D模型，通过变形系统让模型动起来。

比如，用户希望画出一个3D的大象。第一步，画出大象的身体的轮廓，如图(a)。第二步，添加大象的其他部分，如腿，图(b)。这些部分的轮廓往往不会闭合，这意味告诉系统，重叠的部分需要平滑的连接和过渡，比如大腿根部没有闭合，因而身体和大腿需要过渡。

除此之外，用户可以绘制出被遮挡住的部分，如图(c)中远侧的腿，也可以指示出对称的遮挡部分，如图(d)。这些都可以通过简单的操作（右键、双击）告知软件。

通过这样的绘画，我们会得到一系列有顺序的2D区域。

那么，这些2D区域是如何变成3D模型的呢？

以大象为例。首先，对于每个未闭合2D区域，系统找到能让其闭合的线段，如下图(a)红色线段，在此基础上，系统会认知到，这两个区域（腿和身体）需要被连接起来。因而，系统会将身体正面（面对我们的一面）沿着线段切开，将腿连接到切开的部分，下图(b)给出了左视图。

之后，系统会在连接处建立一个3D平面，这一建模基于泊松方程（图像平滑融合的常用方法），如图(c)。通过这个过程，我们就可以得到图(d)的大象，长得很奇怪的“扁平”大象。

为了解决“扁平”的问题，接下来会使用到一个多层变形系统，把3D建模的一些部分分开。这一过程是基于经典的as-rigid-as-possible (ARAP)方法。这一方法的本质，是求解优化问题，在保持局部细节不变的前提下，将身体的各个部分以前后方向来开，防止3D模型重叠。

在3D模型的基础上，用户可以通过建立控制点，让3D模型动起来。在加入动画的过程中，变形系统会在保证模型局部不变的情况下，平滑、缓和地改变模型的大形态。

在这个过程中，控制点可以是很多个，每个点针对一个（身体）部件，因而可以实现较为复杂的动作，比如走路、踢腿等等。

看看这些奇形怪状的模型，想不想试试呢？测试版网站：http://monstermash.zone

参考文献：

• 开源代码：https://github.com/google/monster-mash
• Cassidy Curtis and David Salesin, "Monster Mash: A Sketch-Based Tool for Casual 3D Modeling and Animation," https://ai.googleblog.com/2021/04/monster-mash-sketch-based-tool-for.html, accessed on Apr. 18, 2021.
• Dvorožňák M, et al., "Monster mash: a single-view approach to casual 3D modeling and animation," ACM Transactions on Graphics (TOG), vol. 39, no. 6, pp. 1-12, Nov. 2020.

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