專利名稱：一種3d實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)深入研究，數(shù)字媒體產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展，許多水墨 畫風(fēng)格的圖像或圖形渲染技術(shù)也隨之產(chǎn)生。傳統(tǒng)的山水畫繪制技法多樣且復(fù)雜，必須經(jīng)過 專門的學(xué)習(xí)才能夠得到應(yīng)用，并且由于山水畫繪制本身的復(fù)雜性，手工繪制效率較低，加上 山水畫本身是二維圖像，使得山水畫藝術(shù)風(fēng)格在三維動(dòng)畫應(yīng)用方面存在著諸多不便。因此， 山水畫的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真研究在動(dòng)畫、游戲等方面有著較高的實(shí)際應(yīng)用意義。目前已經(jīng)存在許多山水畫的渲染仿真方法。這些方法大多是根據(jù)三維模型的幾何 特征，提取簡(jiǎn)單的輪廓線等特征信息，將這些特征信息投影到二維平面上進(jìn)行連接處理，最 后利用紋理映射進(jìn)行渲染或者根據(jù)特殊的筆墨系統(tǒng)進(jìn)行繪制，中間處理過程復(fù)雜，并且為 了達(dá)到更好的效果一般要加上手工操作。這一類方法渲染結(jié)果以形成一副二維圖像為主， 不具有幀間連續(xù)性，不能直接應(yīng)用于三維動(dòng)態(tài)渲染；另外也存在這一些直接在三維模型上 進(jìn)行渲染的研究方法，這些方法一般只提取三維輪廓線，并沒有進(jìn)一步提取其他有用幾何 特征信息，在渲染效果上并不能夠仔細(xì)詳盡的表示水墨畫尤其是山水畫應(yīng)有的藝術(shù)特征。

發(fā)明內(nèi)容
為了能夠滿足幀間連續(xù)性，提取有用幾何特征信息，達(dá)到實(shí)時(shí)的渲染速度，本發(fā)明 提供了一種3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法，該方法包括以下步驟(1)根據(jù)山水畫的技法和特征將山水畫的線皴信息分為動(dòng)態(tài)特征線和靜態(tài)特征 線.
一入 ，(2)根據(jù)輪廓線提取公式提取輪廓線作為第一種動(dòng)態(tài)特征線；(3)根據(jù)徑向曲率方程提取擴(kuò)展輪廓線作為第二種動(dòng)態(tài)特征線；(4)根據(jù)最大主曲率構(gòu)造靜態(tài)特征線；(5)采用第一函數(shù)對(duì)所述第一種動(dòng)態(tài)特征線進(jìn)行渲染；(6)采用第二函數(shù)對(duì)所述第二種動(dòng)態(tài)特征線進(jìn)行渲染；(7)根據(jù)第三函數(shù)設(shè)定所述靜態(tài)特征線的寬度范圍，采用第四函數(shù)對(duì)所述靜態(tài)特 征線進(jìn)行渲染；(8)判斷是否停止渲染，如果是，流程結(jié)束，如果否，重新執(zhí)行步驟(5)。所述徑向曲率方程具體為kr = 0,0 < Dw(kr) < λ (1/ |viewdir| )其中，DwGO為kr在w方向的方向?qū)?shù)，λ是手動(dòng)設(shè)置參數(shù)，I viewdir |為視線 向量的模。步驟中的所述根據(jù)最大主曲率構(gòu)造靜態(tài)特征線具體為
1)根據(jù)每個(gè)三角面片中頂點(diǎn)的平均曲率計(jì)算每個(gè)三角面片平均曲率值、所有頂點(diǎn) 平均曲率的平均值cur_test和所有頂點(diǎn)的平均高度h_test ；2)遍歷山體模型中所有的三角面片，判斷當(dāng)前三角面片的平均曲率是否滿足第一 判斷條件，如果是，執(zhí)行步驟3)，如果否，遍歷所述當(dāng)前三角面片的下一個(gè)三角面片；3)建立靜態(tài)特征線，獲取所述當(dāng)前三角面片的中心、最大主曲率、最小主曲率、第 一主方向平均值dirs」和第二主方向平均值dirs 2 ； 其中，
權(quán)利要求
1.一種3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)根據(jù)山水畫的技法和特征將山水畫的線皴信息分為動(dòng)態(tài)特征線和靜態(tài)特征線；(2)根據(jù)輪廓線提取公式提取輪廓線作為第一種動(dòng)態(tài)特征線；(3)根據(jù)徑向曲率方程提取擴(kuò)展輪廓線作為第二種動(dòng)態(tài)特征線；(4)根據(jù)最大主曲率構(gòu)造靜態(tài)特征線；(5)采用第一函數(shù)對(duì)所述第一種動(dòng)態(tài)特征線進(jìn)行渲染；(6)采用第二函數(shù)對(duì)所述第二種動(dòng)態(tài)特征線進(jìn)行渲染；(7)根據(jù)第三函數(shù)設(shè)定所述靜態(tài)特征線的寬度范圍，采用第四函數(shù)對(duì)所述靜態(tài)特征線 進(jìn)行渲染；(8)判斷是否停止渲染，如果是，流程結(jié)束，如果否，重新執(zhí)行步驟(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法，其特征在于，所 述徑向曲率方程具體為kr = 0,0 < Dw(kr) < λ (1/1 |viewdir| )其中，DwGO為kr在W方向的方向?qū)?shù)，λ是手動(dòng)設(shè)置參數(shù)，I Viewdir |為視線向量 的模。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法，其特征在于，步 驟中的所述根據(jù)最大主曲率構(gòu)造靜態(tài)特征線具體為1)根據(jù)每個(gè)三角面片中頂點(diǎn)的平均曲率計(jì)算每個(gè)三角面片平均曲率值、所有頂點(diǎn)平均 曲率的平均值cur_test和所有頂點(diǎn)的平均高度h_test ；2)遍歷山體模型中所有的三角面片，判斷當(dāng)前三角面片的平均曲率是否滿足第一判斷 條件，如果是，執(zhí)行步驟3)，如果否，遍歷所述當(dāng)前三角面片的下一個(gè)三角面片；3)建立靜態(tài)特征線，獲取所述當(dāng)前三角面片的中心、最大主曲率、最小主曲率、第一主 方向平均值dirs」和第二主方向平均值dirs 2 ；33其中， +/; 2 = normalize(s^jkf ^diri ， dirs 2 = Uormalizeis^ki ^diri 2)i=l i=lnormalize為向量歸一化函數(shù)，Ici l為三角面片中第i個(gè)頂點(diǎn)的最大主曲率，ki 2為三角 面片中第i個(gè)頂點(diǎn)的最小主曲率，Cliri l為第i個(gè)頂點(diǎn)的最大主曲率所在主方向，Cliri 2為 第i個(gè)頂點(diǎn)的最小主曲率所在主方向；4)根據(jù)所述靜態(tài)特征線中當(dāng)前頂點(diǎn)的位置和方向判斷是否滿足第二判斷條件，如果 是，執(zhí)行步驟5)；如果否，執(zhí)行步驟6)；5)獲取所述靜態(tài)特征線下一個(gè)頂點(diǎn)，計(jì)算所述下一個(gè)頂點(diǎn)的方向和向量；6)判斷所述靜態(tài)特征線中點(diǎn)的個(gè)數(shù)是否大于2，如果大于2，保留所述靜態(tài)特征線；如 果否，不保留；最后，返回步驟2)，遍歷下一個(gè)三角面片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法，其特征在于，所 述第一判斷條件具體為
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法，其特征在于，所述第二判斷條件具體為當(dāng)前頂點(diǎn)所在邊為三維網(wǎng)格模型的邊界線；或， 遇到山谷和山脊；或，當(dāng)前頂點(diǎn)的主曲率滿足Ikpl Alkpl2I < θ 2cur_test其中，kpl l為當(dāng)前頂點(diǎn)的最大主曲率，kpl 2為當(dāng)前頂點(diǎn)的最小主曲率，θ為第一預(yù)設(shè)值；或，當(dāng)前頂點(diǎn)最大主曲率所在主方向Clirpl l與前一頂點(diǎn)最大主曲率所在主方向Clirlast」的 點(diǎn)積小于第一預(yù)設(shè)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法，其特征在于，步 驟(5)中的所述第一函數(shù)具體為
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法，其特征在于，步 驟(6)中的所述第二函數(shù)具體為
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法，其特征在于，步 驟(7)中的所述第三函數(shù)具體為widthl = min (0. 5m，max (0，wx)) width2 = min (0. 5m，max (0，wy)) 其中，寬度整體范圍為
，X為長(zhǎng)度，y為長(zhǎng)度； 第四函數(shù)具體為
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法，其特征在于，所 述方法還包括采用第五函數(shù)對(duì)靜態(tài)特征線進(jìn)行渲染。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法，其特征在于，所 述第五函數(shù)具體為color = colorl(l_| (normal · viewdir) (lightdir · viewdir)w|) +color2 (normal · viewdir) (lightdir · viewdir)w其中，colorl為紋理顏色，color2為背景顏色，normal - viewdir為頂點(diǎn)法向量與視線 向量的點(diǎn)積，lightdir · viewdir為光源的光線方向與視線向量的點(diǎn)積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種3D實(shí)時(shí)山水畫中特征線的提取與渲染方法，涉及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，根據(jù)山水畫的技法和特征將山水畫的線皴信息分為動(dòng)態(tài)特征線和靜態(tài)特征線；根據(jù)輪廓線提取公式提取輪廓線作為第一種動(dòng)態(tài)特征線；根據(jù)徑向曲率方程提取擴(kuò)展輪廓線作為第二種動(dòng)態(tài)特征線；根據(jù)最大主曲率構(gòu)造靜態(tài)特征線；采用第一函數(shù)對(duì)所述第一種動(dòng)態(tài)特征線進(jìn)行渲染；采用第二函數(shù)對(duì)所述第二種動(dòng)態(tài)特征線進(jìn)行渲染；根據(jù)第三函數(shù)設(shè)定所述靜態(tài)特征線的寬度范圍，采用第四函數(shù)對(duì)所述靜態(tài)特征線進(jìn)行渲染；判斷是否停止渲染，如果是，流程結(jié)束，如果否，重新執(zhí)行采用第一函數(shù)對(duì)第一種動(dòng)態(tài)特征線進(jìn)行渲染。本方法在保證效果逼真的前提下，保證渲染具有的實(shí)時(shí)性，提高了渲染效率。
文檔編號(hào)G06T17/00GK102096943SQ20111000847
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者任高軍, 劉兆君, 孫濟(jì)洲, 孫美君, 王征 申請(qǐng)人:天津大學(xué)