烟熏效果真实感模拟方法技术

本发明专利技术公开了烟熏效果真实感模拟方法，具体包括：S1、在HSV图像中选择烟熏区域，烟熏区域中任一点的亮度衰减因子为水平方向亮度衰减因子和竖直方向亮度衰减因子的乘积；S2、通过交互调节水平方向亮度衰减因子和竖直方向亮度衰减因子的值来改变烟熏区域的亮度；S3、判断烟熏区域的亮度是否达到预期的烟熏效果，如果达到则停止，否则对烟熏区域重复步骤S1～S3的操作，直到达到为止。利用对HSV颜色空间中亮度的衰减来模拟烟熏效果，亮度从原始值衰减到0可以表现从全新到彻底熏黑的整个烟熏过程，并利用水平和竖直两个正交方向交互调节烟熏的分布和强弱，可通过简单有效的调节生成预期的烟熏效果，真实感较强。

【技术实现步骤摘要】
烟熏效果真实感模拟方法
本专利技术涉及图像处理
，特别涉及烟熏效果真实感模拟方法。
技术介绍
烟熏效果真实感模拟是一种基于计算机处理图像的技术，使其呈现出由于烧火、燃灯、上香、焚烧等多种原因导致的烟熏效果，可以对壁画、油画等艺术品进行模拟，在艺术品虚拟修复、数字艺术创作等领域具有重要的理论研究和实际应用价值。目前，烟熏效果真实感模拟主要包括以下两种方法(以对壁画烟熏效果真实感模拟为例)：第一种方法是使用PhotoShop等图像软件进行烟熏效果真实感模拟，其核心是在正常图像的图层上覆盖一层烟熏图层。基本流程：首先，选择烟熏区域；然后，新建图层1，设置前景色为灰色，设置合适的“羽化半径”进行羽化，使烟熏区域内外过渡自然，同时在图层面板中将“混合模式”设置为“颜色加深”，根据情况调整不透明度；随后，复制图层1作为图层2，将“混合模式”设置为“正片叠底”，根据情况设置不透明度；最后，选择菜单中的“图像—>调整—>色相/饱和度”，根据需要进行调节即可模拟出烟熏效果。第二种方法是使用火灾模拟软件进行烟熏图痕模拟，其核心是模拟火灾发生过程，结束后从现场截取烟熏区域的图像。最常用的火灾模拟软件是FDS(FireDynamicsSimulator，火灾动态模拟器)，基本流程：首先，设置火灾区域尺寸，放置建筑材料和室内物品；然后，设置起火点，开始火灾模拟；最后，根据燃烧情况停止火灾模拟，截取所需区域的烟熏痕迹。但是上述两种方法进行烟熏效果模拟都存在缺陷，具体如下：(1)适用范围受限：第一种方法缺乏理论基础，目前只在虚拟烟熏妆方面有应用，但是烟熏壁画与烟熏妆并不完全相同，所以采用该方法无法反映烟雾颗粒附着在壁画表面后呈现出来的真实效果。第二种方法虽然建立在烟雾运动及附着理论基础之上，但生成的烟熏壁画是在壁画遭受火灾破坏后再截取烟熏痕迹得到的结果，火灾既不是烟熏壁画的主要成因，又不是唯一成因，烟熏壁画除了火灾还有上香等成因，所以该方法进行烟熏模拟的适用性极其有限。(2)不符合真实情况：第一种方法生成的烟熏区域通过羽化操作完成，导致其烟熏强度从中心到边缘逐渐减弱，但实际情况下烟熏区域的烟熏强度分布并不规则，因此，该方法无法精确描述实际情况下的烟熏强度分布，无法得到具有较高真实感的烟熏效果。第二种方法一般用于火灾模拟及成因分析，在模拟过程中采用从蓝到红的连续颜色表示烟雾分布强弱，该方法的生成结果是用于描述烟垢分布特征的烟痕，实质是火灾模拟场景中的一个截面，其表面色彩也是从蓝到红连续颜色的子集，因此，该方法生成结果的色彩不符合烟熏壁画的真实状况。(3)操作过程繁琐且不易掌握：这两种方法都需要设置大量参数，而且参数之间还存在诸多关联，第二种方法还需要根据实际情况设计和搭建火灾现场，操作起来比较繁琐，需要操作者具备一定的经验和技巧，不易掌握。综上所述，现有技术对壁画等艺术品进行烟熏效果模拟时存在真实感较差的缺陷。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何提高烟熏效果模拟的真实感。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供了烟熏效果真实感模拟方法，包括：S1、在HSV图像中选择烟熏区域，所述烟熏区域中任一点的亮度衰减因子为水平方向亮度衰减因子和竖直方向亮度衰减因子的乘积；S2、通过交互调节水平方向亮度衰减因子和竖直方向亮度衰减因子的值来改变所述烟熏区域的亮度；S3、判断烟熏区域的亮度是否达到预期的烟熏效果，如果达到则停止，否则对所述烟熏区域重复步骤S1～S3的操作，直到达到为止。可选的，所述步骤S1之前还包括：将图像在RGB颜色空间的数组转换为HSV颜色空间的数组，得到HSV图像。可选的，所述步骤S2之前还包括：初始化水平方向亮度衰减因子和竖直方向亮度衰减因子，使其在任意点处的值均为1，相应的水平方向亮度衰减调节曲线和竖直方向亮度衰减调节曲线均为直线。可选的，所述步骤S2之后所述烟熏区域中任意一点(x,y)的亮度V'(x,y)＝V(x,y)×HBVal(h)×VBVal(v)，其中x和y分别表示横坐标和纵坐标，V(x,y)为步骤S2之前烟熏区域任一点(x,y)的亮度，HBVal(h)为水平方向亮度衰减因子在h处的值，h是所述水平方向亮度衰减调节曲线上与(x,y)相对应点的横坐标，VBVal(v)为竖直方向亮度衰减因子在v处的值，v是所述竖直方向亮度衰减调节曲线上与(x,y)相对应点的横坐标。可选的，所述水平方向亮度衰减调节曲线和所述竖直方向亮度衰减调节曲线均为贝塞尔曲线。可选的，所述贝塞尔曲线为3次贝塞尔曲线，函数表达式为：B(t)＝P0(1-t)3+3P1t(1-t)2+3P2t2(1-t)+P3t3,t∈[0,1]，其中B(t)为型值点，P0、P1、P2、P3为所述贝塞尔曲线上的4个控制点。可选的，所述烟熏区域的形状为矩形。可选的，所述步骤S2之后、步骤S3之前还包括：建立所述水平方向亮度衰减调节曲线、所述竖直方向亮度衰减调节曲线与所述烟熏区域的对应关系；所述烟熏区域的左上角、右下角坐标分别是(Left,Top)、(Right,Bottom)，所述水平方向亮度衰减调节曲线横坐标的范围为[Hmin,Hmax]，则所述水平方向亮度衰减调节曲线上任一点h∈[Hmin,Hmax]在所述烟熏区域对应直线所述竖直方向亮度衰减调节曲线横坐标范围为[Vmin,Vmax]，则所述竖直方向亮度衰减调节曲线上任一点v∈[Vmin,Vmax]在所述烟熏区域对应直线可选的，所述烟熏区域的形状为圆形或封闭的不规则图形。(三)有益效果本专利技术实施例提供的烟熏效果真实感模拟方法，利用对HSV颜色空间中亮度的衰减来模拟烟熏效果，使得HSV图像的亮度从原始值衰减到0就可以表现从全新到彻底熏黑的整个烟熏过程，并利用水平和竖直两个正交方向交互调节烟熏的分布和强弱，可通过简单有效的调节方式生成预期的烟熏效果，真实感较强，调节方法简单，易于操作，同时易于修改，具有可重复性。附图说明图1是本专利技术实施例中提供的烟熏效果真实感模拟方法的步骤流程图；图2是本专利技术实施例中水平方向亮度衰减调节曲线初始化的示意图；图3是本专利技术实施例中竖直方向亮度衰减调节曲线初始化的示意图；图4是本专利技术实施例中调节后水平方向亮度衰减调节曲线的示意图；图5是本专利技术实施例中调节后竖直方向亮度衰减调节曲线的示意图；图6是本专利技术以对壁画进行烟熏效果真实感模拟为例的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。艺术品(以壁画为例)遭受烟熏的破坏过程，是烟雾颗粒在壁画表面不断附着的过程。由颜色特性可知，壁画颜料反射和其颜色相同的光，所以人眼能够感受壁画色彩的丰富性，但黑色烟雾颗粒吸收各种颜色的光。所以，对壁画图像任意像素所在网格而言，随着烟雾颗粒附着量的增加，其反射出来的光(能量)逐渐减弱，由于没有引入其它颜色，所以反射的颜色种类没有变化，但是亮度逐渐降低。因此，在HSV颜色空间中，烟熏壁画相对正常壁画而言，可视为是色调H和饱和度S不发生变化，亮度V发生衰减的结果。对壁画图像而言，保持各像素点的H和S不变，将V逐渐降低到0，可以很好地表现壁画由全新状态到彻底熏黑的烟熏全过程。由此可知，本文档来自技高网...

【技术保护点】
烟熏效果真实感模拟方法，其特征在于，包括：S1、在HSV图像中选择烟熏区域，所述烟熏区域中任一点的亮度衰减因子为水平方向亮度衰减因子和竖直方向亮度衰减因子的乘积；S2、通过交互调节水平方向亮度衰减因子和竖直方向亮度衰减因子的值来改变所述烟熏区域的亮度；S3、判断烟熏区域的亮度是否达到预期的烟熏效果，如果达到则停止，否则对所述烟熏区域重复步骤S1～S3的操作，直到达到为止。

【技术特征摘要】
1.烟熏效果真实感模拟方法，其特征在于，包括：S1、在HSV图像中选择烟熏区域，所述烟熏区域中任一点的亮度衰减因子为水平方向亮度衰减因子和竖直方向亮度衰减因子的乘积；S2、通过交互调节水平方向亮度衰减因子和竖直方向亮度衰减因子的值来改变所述烟熏区域的亮度；S3、判断烟熏区域的亮度是否达到预期的烟熏效果，如果达到则停止，否则对所述烟熏区域重复步骤S1～S3的操作，直到达到为止；其中，所述步骤S2之后、步骤S3之前还包括：建立所述水平方向亮度衰减调节曲线、所述竖直方向亮度衰减调节曲线与所述烟熏区域的对应关系；所述烟熏区域的左上角、右下角坐标分别是(Left,Top)、(Right,Bottom)，所述水平方向亮度衰减调节曲线横坐标的范围为[Hmin,Hmax]，则所述水平方向亮度衰减调节曲线上任一点h∈[Hmin,Hmax]在所述烟熏区域对应直线所述竖直方向亮度衰减调节曲线横坐标范围为[Vmin,Vmax]，则所述竖直方向亮度衰减调节曲线上任一点v∈[Vmin,Vmax]在所述烟熏区域对应直线2.根据权利要求1所述的烟熏效果真实感模拟方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：将图像在RGB颜色空间的数组转换为HSV颜色空间的数组，得到HSV图像。3.根据权利要求1所述的烟熏效果真实感模拟方法，其特征在于，所述步骤S2之前还包括：初始化水平方向亮度衰减因子和竖直方向亮度衰减因子，使其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王功明，徐迎庆，魏文，付心仪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11