一种3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法技术

本发明专利技术公开了一种3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法，涉及计算机领域，根据山水画的技法和特征将山水画的线皴信息分为动态特征线和静态特征线；根据轮廓线提取公式提取轮廓线作为第一种动态特征线；根据径向曲率方程提取扩展轮廓线作为第二种动态特征线；根据最大主曲率构造静态特征线；采用第一函数对所述第一种动态特征线进行渲染；采用第二函数对所述第二种动态特征线进行渲染；根据第三函数设定所述静态特征线的宽度范围，采用第四函数对所述静态特征线进行渲染；判断是否停止渲染，如果是，流程结束，如果否，重新执行采用第一函数对第一种动态特征线进行渲染。本方法在保证效果逼真的前提下，保证渲染具有的实时性，提高了渲染效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机领域，特别涉及一种3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法。
技术介绍
近年来，随着计算机图形学技术深入研究，数字媒体产业得到迅猛发展，许多水墨 画风格的图像或图形渲染技术也随之产生。传统的山水画绘制技法多样且复杂，必须经过 专门的学习才能够得到应用，并且由于山水画绘制本身的复杂性，手工绘制效率较低，加上 山水画本身是二维图像，使得山水画艺术风格在三维动画应用方面存在着诸多不便。因此， 山水画的动态实时仿真研究在动画、游戏等方面有着较高的实际应用意义。目前已经存在许多山水画的渲染仿真方法。这些方法大多是根据三维模型的几何 特征，提取简单的轮廓线等特征信息，将这些特征信息投影到二维平面上进行连接处理，最 后利用纹理映射进行渲染或者根据特殊的笔墨系统进行绘制，中间处理过程复杂，并且为 了达到更好的效果一般要加上手工操作。这一类方法渲染结果以形成一副二维图像为主， 不具有帧间连续性，不能直接应用于三维动态渲染；另外也存在这一些直接在三维模型上 进行渲染的研究方法，这些方法一般只提取三维轮廓线，并没有进一步提取其他有用几何 特征信息，在渲染效果上并不能够仔细详尽的表示水墨画尤其是山水画应有的艺术特征。
技术实现思路
为了能够满足帧间连续性，提取有用几何特征信息，达到实时的渲染速度，本专利技术 提供了一种3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法，该方法包括以下步骤(1)根据山水画的技法和特征将山水画的线皴信息分为动态特征线和静态特征 线.一入 ，(2)根据轮廓线提取公式提取轮廓线作为第一种动态特征线；(3)根据径向曲率方程提取扩展轮廓线作为第二种动态特征线；(4)根据最大主曲率构造静态特征线；(5)采用第一函数对所述第一种动态特征线进行渲染；(6)采用第二函数对所述第二种动态特征线进行渲染；(7)根据第三函数设定所述静态特征线的宽度范围，采用第四函数对所述静态特 征线进行渲染；(8)判断是否停止渲染，如果是，流程结束，如果否，重新执行步骤(5)。所述径向曲率方程具体为kr = 0,0 < Dw(kr) < λ (1/ |viewdir| )其中，DwGO为kr在w方向的方向导数，λ是手动设置参数，I viewdir |为视线 向量的模。步骤中的所述根据最大主曲率构造静态特征线具体为1)根据每个三角面片中顶点的平均曲率计算每个三角面片平均曲率值、所有顶点 平均曲率的平均值cur_test和所有顶点的平均高度h_test ；2)遍历山体模型中所有的三角面片，判断当前三角面片的平均曲率是否满足第一 判断条件，如果是，执行步骤3)，如果否，遍历所述当前三角面片的下一个三角面片；3)建立静态特征线，获取所述当前三角面片的中心、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，权利要求1.一种3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)根据山水画的技法和特征将山水画的线皴信息分为动态特征线和静态特征线；(2)根据轮廓线提取公式提取轮廓线作为第一种动态特征线；(3)根据径向曲率方程提取扩展轮廓线作为第二种动态特征线；(4)根据最大主曲率构造静态特征线；(5)采用第一函数对所述第一种动态特征线进行渲染；(6)采用第二函数对所述第二种动态特征线进行渲染；(7)根据第三函数设定所述静态特征线的宽度范围，采用第四函数对所述静态特征线 进行渲染；(8)判断是否停止渲染，如果是，流程结束，如果否，重新执行步骤(5)。2.根据权利要求1所述的3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法，其特征在于，所 述径向曲率方程具体为kr = 0,0 < Dw(kr) < λ (1/1 |viewdir| )其中，DwGO为kr在W方向的方向导数，λ是手动设置参数，I Viewdir |为视线向量 的模。3.根据权利要求1所述的3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法，其特征在于，步 骤中的所述根据最大主曲率构造静态特征线具体为1)根据每个三角面片中顶点的平均曲率计算每个三角面片平均曲率值、所有顶点平均 曲率的平均值cur_test和所有顶点的平均高度h_test ；2)遍历山体模型中所有的三角面片，判断当前三角面片的平均曲率是否满足第一判断 条件，如果是，执行步骤3)，如果否，遍历所述当前三角面片的下一个三角面片；3)建立静态特征线，获取所述当前三角面片的中心、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为向量归一化函数，Ici l为三角面片中第i个顶点的最大主曲率，ki 2为三角 面片中第i个顶点的最小主曲率，Cliri l为第i个顶点的最大主曲率所在主方向，Cliri 2为 第i个顶点的最小主曲率所在主方向；4)根据所述静态特征线中当前顶点的位置和方向判断是否满足第二判断条件，如果 是，执行步骤5)；如果否，执行步骤6)；5)获取所述静态特征线下一个顶点，计算所述下一个顶点的方向和向量；6)判断所述静态特征线中点的个数是否大于2，如果大于2，保留所述静态特征线；如 果否，不保留；最后，返回步骤2)，遍历下一个三角面片。4.根据权利要求3所述的3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法，其特征在于，所 述第一判断条件具体为5.根据权利要求3所述的3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法，其特征在于，所述第二判断条件具体为当前顶点所在边为三维网格模型的边界线；或， 遇到山谷和山脊；或，当前顶点的主曲率满足Ikpl Alkpl2I < θ 2cur_test其中，kpl l为当前顶点的最大主曲率，kpl 2为当前顶点的最小主曲率，θ为第一预设值；或，当前顶点最大主曲率所在主方向Clirpl l与前一顶点最大主曲率所在主方向Clirlast」的 点积小于第一预设值。6.根据权利要求1所述的3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法，其特征在于，步 骤(5)中的所述第一函数具体为7.根据权利要求1所述的3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法，其特征在于，步 骤(6)中的所述第二函数具体为8.根据权利要求1所述的3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法，其特征在于，步 骤(7)中的所述第三函数具体为widthl = min (0. 5m，max (0，wx)) width2 = min (0. 5m，max (0，wy)) 其中，宽度整体范围为，X为长度，y为长度； 第四函数具体为9.根据权利要求1所述的3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法，其特征在于，所 述方法还包括采用第五函数对静态特征线进行渲染。10.根据权利要求9所述的3D实时山水画中特征线的提取与渲染方法，其特征在于，所 述第五函数具体为color = colorl(l_| (normal · viewdir) (lightdir · viewdir)w|) +color2 (normal · viewdir) (lightdir · viewdir)w其中，colorl为纹理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种３Ｄ实时山水画中特征线的提取与渲染方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（１）根据山水画的技法和特征将山水画的线皴信息分为动态特征线和静态特征线；（２）根据轮廓线提取公式提取轮廓线作为第一种动态特征线；（３）根据径向曲率方程提取扩展轮廓线作为第二种动态特征线；（４）根据最大主曲率构造静态特征线；（５）采用第一函数对所述第一种动态特征线进行渲染；（６）采用第二函数对所述第二种动态特征线进行渲染；（７）根据第三函数设定所述静态特征线的宽度范围，采用第四函数对所述静态特征线进行渲染；（８）判断是否停止渲染，如果是，流程结束，如果否，重新执行步骤（５）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙美君，刘兆君，王征，孙济洲，任高军，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12