一种聪明图形驱动的网格图像变形方法技术

本发明专利技术涉及一种聪明图形驱动的网格图像变形方法，该方法将图像的全局变形参数映射到二维网格上，驱动网格变形，再用网格驱动其内嵌的图像变形，以解决类似卡通动漫变形这类非精确的图像变形问题；用户可通过交互控制聪明图形上的控制点，快速获得图像变形结果。本方法采用基于聪明图形的变形驱动模板具有内嵌变形规则和多部件协同变形的特性，可根据全局变形参数自动产生适当的网格驱动参数，实时地生成网格效果。另通过交互调节不同的变形权重系数，可以控制变形的强度。本发明专利技术能够以交互式实时速度获得内嵌变形规则的二维网格变形结果，并通过进一步求解网格驱动下的图像像素的坐标映射和灰度映射，方便快速生成二维卡通动漫形象的变形效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字图像的变形技术，尤其是涉及到对描绘二维动漫形象的图像进行 交互式变形的动漫造型创作技术。
技术介绍
当前主流的卡通动漫人物形象的创作手法中，创作者需要投入大量重复工作去绘 制相同动漫人物角色的不同表情造型。运用计算机图形图像处理中的变形技术可为动漫人 物的表情绘制提供新的解决方案。对原始动漫造型运用变形技术使其变化为具有新的面部 表情的动漫人物造型，能大幅提高卡通动漫作品的创作效率，减少创作者的大量重复绘制 工作。对以图像形式保存的卡通动漫形象，用简捷的交互方法控制其变形，快速生成各种新 表情和动作的造型，可明显提高动画的制作效率，降低其制作成本和难度。该类方法一般具 有以下特征第一，该类方法应能为用户提供简单的交互手段来方便地控制变形结果，具备 良好的交互性是该类方法的重要特征；第二，该类方法应无需使用复杂的物理及仿生模拟 等方法来获得精确的变形结果，而只需保持物体的基本几何特征，特别适用于类似卡通动 漫形象的这类非精确变形；第三，该类算法应具有较小的运算复杂度，要能以实时的运算速 度返回变形结果，以便在动漫及游戏领域中得到更为广泛的应用。本专利技术提出一种方法，把 动漫形象的图像变形问题转化为聪明图形驱动下的二维网格变形问题来处理将变形规则 嵌入到聪明图形中，再用聪明图形驱动二维网格变形，最后用网格驱动其内嵌的图像变形 来解决上述问题。网格驱动图像变形问题的研究历来以久，一般着眼于在变形后网格的约束下如何 获取图像像素的坐标映射和灰度映射，以得到良好的变形结果的问题。但对如何驱动二维 网格本身变形到目标位置的研究却极其少见，目前仍有几个重要的问题有待解决第一，如 何通过少量的全局的变形参数将变形规则完备地映射到网格上的问题；第二，对网格变形 趋势的控制，如何实现良好交互性的问题；第三，如何获得具有较小的运算复杂度，能以实 时的运算速度返回变形结果的高效网格变形算法的问题。鉴于此，本专利技术提出一种基于CVIDraw聪明图形驱动的网格图像变形方法，用 内嵌变形规则的聪明图形来驱动二维网格的变形，以解决上述网格变形过程中的难题。 CVIDraw (Intelligent Visual Customized Drawing，智能可视定制平台)是中国中山大学 开发的具有完全自主知识产权的图形、动画及聪明图形定制工具，目前已获得3项软件著 作权。该平台提供了完善的动漫角色的聪明部件，以及由其组装而成的动漫角色聪明图形。 用户可通过交互定制得到各类支持聪明变形的动漫角色变形模型，该类聪明图形，能通过 简单的交互操控控制点变化而获得不同的表情造型。
技术实现思路
本专利技术提出采用聪明图形作为驱动模板，将图像的全局变形参数映射到二维网格 上，驱动网格变形，再用网格驱动其内嵌的图像变形的方法，以解决类似卡通动漫变形这类的非精确的图像变形问题。用户可通过交互控制聪明图形上的控制点，快速地获得图像变 形结果。本方法采用的基于聪明图形的变形驱动模板具有内嵌变形规则和多部件协同变形 的特性，可根据全局变形参数自动产生适当的网格驱动参数，实时地生成网格效果。另外通 过交互调节不同的变形权重系数，可以控制变形的强度。本方法能够以交互式的实时速度 获得内嵌变形规则的二维网格变形结果，并通过进一步求解网格驱动下的图像像素的坐标 映射和灰度映射，方便快速地生成二维卡通动漫形象的变形效果。为了达到上述目的，本专利技术是通过采用以下技术方案来实现的本专利技术采用的技术方案是，采用聪明图形驱动的网格图像变形方法，该方法包含 以下步骤首先根据输入图像的特征及变形需求，选取或构造相应的聪明图形，作为变形参 照模板，就将图像变形的规则描述问题转化为对聪明图形约束规则的描述问题来处理。具 体来说是将聪明图形的变形前后的关键点位置以矩阵的形式描述。对于人脸模型可参照 MPEG-4人脸动画标准等相关结论确定位置矩阵中的参数。各对象都有一个初始形状和目标 形状，并分别对应一个位置矩阵，由位置矩阵可得到指导图形变形趋势的位移矩阵，最后由 位移矩阵的解析与求解得到满足变形需求的最佳控制点，以构造出可交互控制的聪明图形 来作为变形参照模板；接下来采用手动或半自动方式将聪明图形与原始图像对齐，由于上一步中产生的 聪明图形中嵌入的变形规则具有平移、旋转和缩放不变性，所以具体来说本步是参照输入 图像和聪明图形上对应的特征点，对聪明图形进行平移、旋转和缩放等操作，以求得聪明图 形和原始图像上各对特征点间的最佳逼近。接着要对输入图像I作网格化处理，以像素间隔d构造变形区域D对应的四边形 网格M。该网格化过程将D看作网格M上的图像，并记录下每个网格顶点相应的图像像素 坐标。由于M的顶点规则地对应着I中若干像素，且排列规整，所以该网格构造过程相对较 快；进而再求得聪明图形驱动下的网格变形结果M1，该过程是M中网格关键点的重定 位过程，可采用对聪明图形上边界运动的运动分解方法，将边界的位移分解到水平和竖直 方向，并分别在两个方向上对原始网格进行挤压，挤压过程是个简单的线性插值过程。并约 定先做水平操作，后作竖直操作；最后根据Ml中各网格节点的坐标，将原始图像I映射到网格Ml中，获得变形后的 图像结果。采用基于三次均勻B样条基函数的像素坐标映射方法，再采用基于Delaimay三 角剖分的散乱数据插值方法实现图像像素的灰度映射。本专利技术的技术特点主要体现在如下方面1、本方法中聪明图形的变形约束和协同约束都是线性的，可以根据边界条件迅速 求解出新的网格顶点位置，实时地获得变形结果。2、通过调节网格的约束权重，用户可以方便地控制网格位移和挤压的程度，实现 良好的挤压、拉伸、扭曲、膨胀、收缩等复杂的变形效果。3、该聪明图形具有部件协同变形的性质，能够产生多层次的复杂变形效果，无需 借助过渡图像分步变形，变形效果光滑、自然。附图说明下面结合附图与具体实施例对本专利技术作进一步说明图1是本专利技术聪明图形驱动的网格图像变形方法的流程示意图；图2是本专利技术不同聪明图形驱动下的网格及图像变形效果图；图3是本专利技术控制变形权重对变形效果的影响图。具体实施例方式下面结合图1、图2和图3对本专利技术进一步说明。本专利技术方法将图像的变形问题转化为对应网格M的变形问题。本方法首先把一幅 图像I(x)作为输入，并以像素间隔d构造变形区域D对应的四边形网格M。为处理方便，该 网格由若干边长为d的正方形构成。d选取得越小，M越接近D的外形，但也相应增加了运 算量。由于本专利技术方法面向动画制作领域，D的外形细节并非关键，因而d可以选取较大的 值，只要恰当地反应所需细节则可。该网格化过程将D看作网格M上的图像映射，并记录下 每个网格顶点相应的映射坐标。由于M的顶点规则地对应着I(X)中的若干像素，而且排列 规整，所以该网格构造过程相对较快，而且只需在预处理阶段执行一次即可。用户随后在M中指定少数顶点作为控制顶点，并将它们移动到新位置。本方法将 根据控制顶点信息生成相应的位置约束条件，用基于聪明图形的约束变形方法求解出其余 顶点的位置，得到新网格Ml。最后根据M中顶点的原位置坐标，将D映射到Ml中，获得变形 后的图像结果。考虑到网格在大变形时局部特征变化很小，本方法采用局部坐标来描述网格的几 何特征，即每个元素都用相邻元素的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聪明图形驱动的网格图像变形方法，其特征是：该方法包含以下步骤：（１）对输入的二维图像进行四边形网格化操作，并采用网格约束其内嵌的图像变形；（２）构造内嵌变形规则的动漫人脸聪明图形，并以聪明图形为模板，驱动约束图像的二维网格变形；（３）采用网格关键点运动分解的方法来处理图像的坐标映射，并结合基于三角重心坐标系的散乱数据插值方法来处理图像的灰度映射；（４）自动获取聪明图形的最佳控制点，并通过调节聪明图形控制点得到目标网格的变形结果；（５）在聪明图形驱动下产生二维动漫形象的多种复杂变形效果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜晓荣，张永，龙立明，温佩贤，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]