一种基于单幅图像的河流网络过程式生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单幅图像的河流网络过程式生成方法，其步骤为：1）使用参数模型将自然界中的河流网络的弯曲度、支流、汇流以及相连的湖泊等特性量化的表示出来；2）给定输入河流网络图片，使用GrabCut方法从图像中分割出河流部分，并提取其骨骼结构，分析该河流的参数模型；3）在指定的地形上，基于提取到的模型参数过程式的生成地形一致的河流网络；4）使用考虑河流特性的距离函数来评估输入图像与生成河流网络的差异，并使用模拟退火算法对生成河流网络进行优化，得到最终的结果。应用本发明专利技术能够生成丰富多样的河流网络，并且通过使用输入图像来代替手工输入参数，大大的简化了繁琐的调整参数的过程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单幅图像的河流网络过程式生成方法
本专利技术属于计算机图形学领域，特别是涉及一种数据驱动的自然场景快速过程化建模的方法。
技术介绍
3D建模在影视制作、游戏开发、虚拟现实等领域都是必不可少的环节之一，但是3D建模的过程非常繁琐，对于大规模的自然场景，使用3DMAX或者MAYA等软件会耗费过多的人力和时间资源。过程化建模技术是一种基于规则的建模方法，运用该技术可以对特定的场景或者物体等进行快速的建模，从而大大的提升建模的效率。过程化建模比较适合生成具有重复子结构或自相似特征的物体，如植物、道路、地形、城市等。如果定义合适的语法规则和输入参数，则过程化建模可以生成各种逼真的3D内容。河流以其多样性和可观赏性，在虚拟场景中可以大大的增强用户体验，对于自然场景来说是不可缺少的一部分。然而由于河流复杂的拓扑结构、丰富的形状几何类型以及它同地形的关联，使用传统建模软件对河流网络进行建模是非常困难的。并且由于传统的过程化建模技术输出内容的不可控性，结合交互式编辑与过程化建模的方法可以增强结果的控制性，但是交互编辑的工作量是不可忽视的。现有的专门针对河流网络的建模方法主要有2种，一种是基于交本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单幅图像的河流网络过程式生成方法，其特征在于该方法包括以下步骤：a)使用参数模型将自然界中的河流网络的形状特性和几何特性量化的表示出来，具体包括：i)形状参数模型使用形状参数

【技术特征摘要】
1.一种基于单幅图像的河流网络过程式生成方法，其特征在于该方法包括以下步骤：a)使用参数模型将自然界中的河流网络的形状特性和几何特性量化的表示出来，具体包括：i)形状参数模型使用形状参数来控制河流网络的形状特性，具体包括河流的弯曲度、支流和汇流的数目、湖泊的大小和数目；河流网络结构被表示为一个有向无环图n为河流之间的交界点，ε为河流的河段；其中，nr表示河流河段的个数；dr表示河流起点到终点的直线距离；ksm和ksv分别表示所有河段弯曲系数的期望和方差，河段的弯曲系数k计算如下：其中，u为该河段的实际长度，d为该河段起始点到终点的直线距离；参数dsm和dsv分别表示所有河段直线距离的期望和方差；参数nb、nc和nl分别表示支流、汇流以及湖泊的个数；参数slm和slv分别表示湖泊大小的期望和方差；ii)几何参数模型使用几何参数来控制河流的河道几何特性，具体包括河道的宽度和深度、湖泊的深度；河段的宽度和深度随河道等级的递增而递减，主流的河道等级均为1，随着河流分叉，河道等级保持不变或者增加1；其中，ωr和χrw分别表示等级为1的河道宽度及河道宽度随河道等级下降的系数；hr和χrh分别表示等级为1的河道深度及河道深度随河道等级的增加而下降的系数：ω＝ωr×(χrw)λ(2)h＝hr×(χrh)λ(3)其中ω和h为等级为λ的河道的宽度和深度；参数表示河流分叉时河道等级递增的概率；参数hlm和hlv分别表示湖泊深度的期望和方差；b)输入河流网络图片，计算该河流网络的形状参数的值，具体包括：输入河流网络图片，使用GrabCut方法从图像中分割出河流部分，并提取河流网络骨骼结构；标记河流的主流部分并指定河流的起点和终点，遍历河流骨骼结构，并将其表示为有向无环图对于的所有不是主流的边ε，若ε的上游有河段则将其标记为支流，若ε的下游有河段则将其标记为汇流；然后计算输入河流网络的形状参数的值c)输入地形高度图，基于河流的形状参数和几何参数过程式的生成地形一致的河流网络，具体包括：i)待生成河流网络的形状参数计算给定待生成河流网络的地形的高度图并指定待生成河流的起始位置ps和终止位置pm，选取的ps的地形高度必须高于pm的地形高度，待生成河流网络的直线距离为：待生成河流网络的其余形状参数的值计算如下：其中对待生成河流网络的河段长度和湖泊大小进行了按场景规模比例计算，为待生成河流网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长波，张健，高岩，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31