一种文景转换中实体三维具体化的方法及其系统与流程

本发明属于信息可视化领域，尤其涉及一种文景转换中实体三维具体化的方法及其系统。

背景技术：

信息可视化技术是近几年研究和发展的重要领域之一，文景转换就是把静态文字中对场景的描写转换为虚拟的可视化场景，能够更好的展现文本信息和人类的想象。实现场景文本要素的可视化，不仅需要满足文本的描述，更需要满足场景和实体的实际情况。然而，通常情况下，文本的描述不满足场景要素可视化的要求，那么，就需要对实体进行合理的分类，建立完善的可视化属性结构，依据可视化属性结构抽取和推理实体的可视化信息的，进而达到实体的可视化要求。

根据国内外对文本信息中实体可视化的研究，其实现方式分为以下两类：一，对实体之间的位置关系和使动关系作出了研究，利用粗糙的可视化模型来展现文本或场景含义，但模型粗糙，达不到可视化的要求。二，比较系统的研究了语义、实体的布局策略，利用软件实体建立较为真实的庞大模型库，利用庞大模型库来展示场景，但没有解决实体模型库过大的问题。本发明的难点在于建立完善分类体系的实体可视化属性结构和确定实体的外形结构生成方式。

技术实现要素：

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种巧妙的利用了可视化属性结构和实体分类原则，然后通过实体外形结构的生成和表面纹理的渲染，最终生成满足要求的可视化实体，同时解决了模型粗糙和模型库过于庞大的问题的文景转换中实体三维具体化的方法及其系统。本发明的技术方案如下：

一种文景转换中实体三维具体化的方法，其包括以下步骤：

1)、建立实体可视化的一般属性结构，包括：建立五元组实体结构；建立可视化属性结构；

2)、对所有实体进行分类，分析不同类别实体的影响因子和约束关系；

3)、通过实体分类和分析建立适应子类的可视化属性结构；

4)、针对不同类别的实体，选择符合确定实体的外形结构生成方式；

5)、从中文自然语言文本中抽取和推理可视化属性结构所需要的影响因子信息；

6)、通过影响因子信息和实体的外形结构生成可视化的三维实体。

进一步的，所述步骤1)建立五元组实体结构包括：把实体概念的三元组形式扩展到五元组，实体名称(概念域，属性，属性值，状态形式，依存要素)，实体结构的五元组表达式：e(c,a,v,s,d)，c代表实体的基本概念域，是对实体基本类别及特殊约束条件的描述；a表示实体的可视化属性，实体的可视化属性是一个函数集合体，决定着实体的外观，包含实体外形结构函数、表面纹理函数；v表示相对于可视化属性而言的属性值，是可视化属性函数的自变量，是引起实体外观属性变化的参量的统称；s表示实体在场景中的行为状态，只包含两种状态：静态和动态；d表示实体在场景中所依存的另一个实体，是场景信息网的关系节点；

建立可视化属性结构具体包括：实体可视化属性结构的表达式：

e(s'(x1,x2,…,xn),t'(y1,y2,…,yn),r'(z1,z2,…,zn))

s'表示实体的外形结构映射规则；xi∈s(i＝1,2,…,n)表示影响实体外形结构的参数；t'表示实体的表面纹理和光照修饰的映射规则；yi∈t(i＝1,2,…,n)表示影响实体表面纹理的参数；r'表示在外形结构和纹理特征映射规则完成后，对实体外观再塑型的映射规则，zi∈a(i＝1,2,…,n)表示除外形和纹理以外约束外观的参数。

进一步的，所述步骤2)中，实体的分类及影响各类实体可视化的影响因子和约束关系，具体包括：从人类认知的特点和可视化生成的属性特征出发，对实体进行分类，将可视化实体分为：植物、动物、人、人工制品和自然对象五大类，并按照规则进行子类划分。

进一步的，所述步骤3)中，当为植物时，根据步骤2)可视化属性结构的一般形式和实体可视化的影响因子、约束关系，得出子类可视化属性结构，根据植物的分类特征，可知树的影响因子，并得出树的可视化属性结构：

树(s‘(高度,形落大小,种类,年龄)，t’(季节,种类,开花,结果)，r‘(年生类型,地区,环境))。

进一步的，所述步骤4)中，针对不同类别的实体，选择合适的外形结构生成方式具体包括；

组合式生成方式的概念函数：s(x,y)＝{s1(x1,y1),s2(x2,y2),…,sn(xn,yn)}

其中，si(xi,yi)表示组合整个实体的单元结构函数，xi,yi为影响单元结构函数的参数，i表示在虚拟视景空间中的单元结构序号(i＝1,2,…,n)。

进一步的，所述步骤6)中，利用实体影响因子信息和实体外形结构生成三维实体的概念函数，包括：

其中，∑表示对单元实体进行组合，为对应虚拟单元实体的三维纹理数据，·表示单元纹理与单元结构的贴合。

一种文景转换中实体三维具体化系统，其包括：

文本处理模块，用于检索文本中出现的实体和描述实体的影响因子；

实体分类模块，根据文本检索出的实体选择实体类别，确定实体概念域；

可视化决策分析模块，根据实体分类信息生成该类别实体的可视化属性结构，并针对该类实体判断实体外形结构的生成方式；

外形结构生成模块，根据某类实体外形结构的生成方式，在模型库中选择需要的模型，并生成整个实体的外形结构；

表面纹理生成模块，根据文本检索出的实体影响因子和推理信息，生成实体所需的表面纹理；

实体生成模块，根据已有的实体外形结构和表面纹理，通过贴图算法和渲染模式生成三维实体。

进一步的，所述实体分类模块用于为了确定实体的概念域，从而缩小实体生成过程中所需信息的检索范围，，从人类认知的特点和可视化生成的属性特征出发，对实体进行分类，将可视化实体分为：植物、动物、人、人工制品和自然对象五大类，并根据规则进行子类划分。

进一步的，所述可视化决策分析模块，包括：实体可视化属性结构生成模块、实体外形结构判断和生成模块；所述可视化属性结构生成模块将根据实体分类结果、子类实体的影响因子和约束关系生成对应子类的可视化属性结构；

所述外形结构判断和生成模块，将根据子类实体外形结构特征选择外形结构生成方式，若是组合式的生成方式，则其外形结构将按照概念函数所述方式进行生成；s(x,y)＝{s1(x1,y1),s2(x2,y2),…,sn(xn,yn)}，其中，si(xi,yi)表示组合整个实体的单元结构函数，xi,yi为影响单元结构函数的参数，i表示在虚拟视景空间中的单元结构序号(i＝1,2,…,n)。

进一步的，所述实体生成模块利用可视化属性结构抽取和推理影响因子的算法得出纹理信息，最后按照函数将纹理信息与外形结构信息结合，并渲染出三维实体；

其中，∑表示对单元实体进行组合，为对应虚拟单元实体的三维纹理数据，·表示单元纹理与单元结构的贴合。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明的具体创新在于：建立了完善分类体系的实体可视化属性结构，同时，针对不同类别的实体，提出了区别实现确定实体外形结构的生成方式以及确定实体的表面纹理生成模块。通过比较，现有的文景转换方式局限于单个领域，并没有对所有的可视化实体进行分类并建立相应的可视化属性结构，本发明更方便多领域实体的可视化；本发明通过不同的实体生成方式，将减小传统模型库的规模；同时，表面纹理生成模块更有利于各领域实体多样化的实现。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例一种文景转换中实体三维具体化的方法的流程图；

图2为本申请中实体三维具体化的系统实现图；

图3(a)为树干的三维外形结构图；

图3(b)为在树干基础上含有树枝的三维外形结构图；

图3(c)为在树干、树枝基础上含有树叶的三维外形结构图；

图3(d)为经过渲染后树的三维实体图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

本发明的一种文景转换中实体三维具体化的方法的流程图。

本发明提供一种文景转换中实体三维具体化的方法，包括：

步骤一，建立实体可视化的一般属性结构；

步骤二，对所有实体进行分类，分析不同类别实体的影响因子和约束关系；

步骤三，通过实体分类和分析建立适应子类的可视化属性结构；

步骤四，针对不同类别的实体，选择合适的外形结构生成方式；

步骤五，从文本中抽取和推理可视化属性结构所需要的影响因子信息；

步骤六，通过影响因子信息和实体的外形结构生成可视化的三维实体。

所述的文景转换中实体三维具体化的方法，其中步骤一，包括：

步骤1.1：实体结构

在传统意义上，对实体的定义可以用三元组表示，如：实体名称(概念，属性，属性值)，考虑到实体在场景中的特殊情况，可以把实体概念的三元组形式扩展到五元组，如：实体名称(概念域，属性，属性值，状态形式，依存要素)。

实体结构的五元组表达式形如：e(c,a,v,s,d)

c代表实体的基本概念域，是对实体基本类别及特殊约束条件的描述；

a表示实体的可视化属性，在本文中，实体的可视化属性是一个函数集合体，决定着实体的外观，包含实体外形结构函数、表面纹理函数；

v表示相对于可视化属性而言的属性值，是可视化属性函数的自变量，是引起实体外观属性变化的参量的统称；

s表示实体在场景中的行为状态，只包含两种状态：静态和动态；

d表示实体在场景中所依存的另一个实体，是场景信息网的关系节点。

步骤1.2：可视化属性结构

实体可视化属性结构的表达式形如：

e(s'(x1,x2,…,xn),t'(y1,y2,…,yn),r'(z1,z2,…,zn))

s'表示实体的外形结构映射规则；xi∈s(i＝1,2,…,n)表示影响实体外形结构的参数；

t'表示实体的表面纹理和光照修饰的映射规则；yi∈t(i＝1,2,…,n)表示影响实体表面纹理的参数；

r'表示在外形结构和纹理特征映射规则完成后，对实体外观再塑型的映射规则，zi∈a(i＝1,2,…,n)表示除外形和纹理以外约束外观的参数。

其中，v是一个有限变量集，影响着实体可视化的外形结构、表面纹理和视觉外观，称为实体属性变量集；s是一个有限结构变量集，且t是一个有限纹理变量集，且a是一个有限外观变量集，且

所述的文景转换中实体三维具体化的方法，其中步骤二，包括：

实体分类的目的是为了确定实体的概念域，从而缩小实体生成过程中所需信息的检索范围，更加有效的提高实体生成的效率。本发明从人类认知的特点和可视化生成的属性特征出发，对实体进行分类，将可视化实体分为：植物、动物、人、人工制品和自然对象五大类，并根据以下规则进行子类划分：

一，对于植物和动物的子类划分，在生态学上有详细的参考依据。同时，植物和动物是生长规律可循的自然实体，外形结构和表面纹理受有限约束因素的影响，便于实体生成的控制。

二，人作为高级动物，其外形结构的生长规律自然可循，但其生活环境复杂，使得表面纹理受多种因素的交叉影响，导致实体生成较植物和动物更加复杂。

三，人工制品是人类生活环境中必不可少的实体，因功能和用途不一分为不同类别，但总的性质是，功能性的实体一般外观固定，用途性的实体外形结构多态、表面纹理多样，呈现艺术特征。

四，自然实体是客观存在的，其外形结构不因外界变化而改变，而绝大部分的表面纹理也是不变的，只有少数实体的表面纹理受自然因素影响。

所述的文景转换中实体三维具体化的方法，其中步骤四，包括：

为了适应三维实体外形结构的合理性，将实体外形结构的生成方式分为组合式和一体化式。组合式是将一个实体看做是有限个单元结构的组合，当子类继承父类实体时，对单元实体合理变化，并组合为新的子类实体。其生成方式如下：

其中，∑表示对单元实体进行组合，为对应虚拟单元实体的三维纹理数据，·表示单元纹理与单元结构的贴合。

一体式是将实体的外形结构看作一个整体，在生成三维实体时只需要实体的整体外形结构和整体纹理。其生成方式如下：

其中，为实体的三维纹理数据，s(x,y)表示实体的整体外形结构，·表示表面纹理与整体外形结构的贴合

一种文景转换中实体三维具体化系统，其包括：

文本处理模块，用于检索文本中出现的实体和描述实体的影响因子；

实体分类模块，根据文本检索出的实体选择实体类别，便于实体概念域的确定，从而缩小实体生成过程中所需信息的检索范围，更加有效的提高实体生成的效率；

可视化决策分析模块，根据实体分类信息生成该类别实体的可视化属性结构，并针对该类实体判断实体外形结构的生成方式；

外形结构生成模块，根据某类实体外形结构的生成方式，在模型库中选择需要的模型，并生成整个实体的外形结构；

表面纹理生成模块，根据文本检索出的实体影响因子和推理信息，生成实体所需的表面纹理；

实体生成模块，根据已有的实体外形结构和表面纹理，通过贴图算法和渲染模式生成三维实体。

例如，对文本中提到“树”这一实体的三维具体化方法如下：

s1：建立实体的一般可视化属性结构；

根据可视化属性结构的基本定义，实体可视化属性结构的表达式形如：

e(s'(x1,x2,…,xn),t'(y1,y2,…,yn),r'(z1,z2,…,zn))

s'表示实体的外形结构映射规则；xi∈s(i＝1,2,…,n)表示影响实体外形结构的参数；

t'表示实体的表面纹理和光照修饰的映射规则；yi∈t(i＝1,2,…,n)表示影响实体表面纹理的参数；

r'表示在外形结构和纹理特征映射规则完成后，对实体外观再塑型的映射规则，zi∈a(i＝1,2,…,n)表示除外形和纹理以外约束外观的参数。

其中，v是一个有限变量集，影响着实体可视化的外形结构、表面纹理和视觉外观，称为实体属性变量集；s是一个有限结构变量集，且t是一个有限纹理变量集，且a是一个有限外观变量集，且

s2：对可视化实体进行分类，并分析影响实体可视化的影响因子和约束关系；

在生态学上，对植物和动物的外貌、生活习性、生长环境、年生类型、地区分布等都有详细的介绍和研究。不同类别的植物，其外形结构明显不同，同一类别不同种类的植物，其外形结构也存在细节差异。年生类植物的外形结构基本不随年龄变化，非年生类植物的外形结构可能年龄生长，而绝大部分动物的外形结构都随年龄而生长。不过，较植物而言，动物的姿态灵活，使得外形结构的表现更多样。基本所有植物的纹理都要受到季节的影响，而且一部分植物会伴随着季节性的开花结果，而动物的纹理仅由物种决定。表1和表2分别表示对各类植物和动物的分类以及外影响其形结构和表面纹理的因素。

表1植物的分类以及相应的影响因子

表2动物的分类以及相应的影响因子

特别的是，人是高级动物，外形结构自然会随年龄而变化，但与普通动物不一样的是，人的动作更加灵活多样，使得人的外形结构更具多态，同时，不同性别人的外形结构也有明显差异。虽然人的自主性比较强，但是基本的姿态类型是有限的，而一般情况下，人的外形结构是类似的，且在一定年龄段内，外形结构的关键参数也是类似的，这些都便于其外形结构的生成。但由于人接触的环境多样，所以其表面纹理受多种因素直接影响。如：人种、年龄、地域、国籍、职业、民族、季节、衣着、发型和年代等，详细影响如表3所示。

表3影响人外观的因素

人工环境中的实体大多是无生命的，因功能和用途不一分为不同类别，虽然不同类别实体的外观主要因用途和人为设计而变化，但总的来说，功能性的实体一般外观固定，用途性的实体外形结构多态。根据各类行业的标准，每类实体的规格和型号是固定可查得，从而方便实体的生成。

表4人工制品的分类以及相应的影响因子

s3：建立子类实体可视化属性结构；

根据分类和影响因子分析，可以知道某一子类实体的可视化属性结构，例如，树的可视化属性结构为

树(s‘(高度,形落大小,种类,年龄)，t’(季节,种类,开花,结果)，r‘(年生类型,地区,环境))

s4：选择实体外形结构的生成方式，并生成实体模型；

根据判断得出树外形结型的生成方式为组合式，需要由树干、一级树枝、二级树枝和树叶组合而成，如图3(a)、3(b)、3(c)所示。

s5：推理影响因子，生成表面纹理；

根据文本推理影响因子的信息，在确定影响因子后，根据信息查询实际的纹理，并生成纹理信息；在信息缺省情况下，采用默认的信息，并生成纹理信息。

s6：表面纹理和外形结构结合，并渲染生成实体。

将纹理信息和树的外形结构结合，通过渲染生成三维实体，如图3(d)所示。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。