专利名称：用于生成数字图片的方法、装置和计算机可读介质的制作方法
技术领域：
实施例涉及计算机图形学和科学可视化领域。通过示例的方式，实施例涉及三维(3D)物体曲线的提取、基于所提取的曲线说明3D物体的数字图片的生成和用于表达3D物体的程式化动画等的方法。
背景技术：
计算机图形学已经成为科学、艺术和通信的流行媒介。它一直被定义成制作逼真图像的探索。在该领域中的研究已非常成功。现在计算机可以生成如此逼真到你不能将它们与照片区分开的图像。然而，在许多方面，不逼真的图像会更有效和更可用。经验显示，如此频繁地，相同场景的艺术性绘图或绘画被证实比照片在通信中更有效而且在视觉体验中更令人满意。这主要是因为各种艺术形式的自然性的缺少。在机械手册和医学课本中可以发现更多的例子，在其中图示代替照片被广泛用于探索复杂的结构和形状的内部。在“尽 可能详细的同时尽可能简单”的法则下，传统的描述在通信中特别有效。同样已知的是，相对于照片，非照片般逼真(non-photoreaI i st i c )的图像具有许多优点,例如,把注意力集中在形状的具体特征的同时省略无关的细节，揭露细微的属性和隐藏的部分，以独特风格的选择来阐明复杂的场景，和简化形状以防止视觉超载等。近年来在非照片般逼真的绘制领域已进行大量研究。作为传统艺术和图示的最重要技术之一，线条画(line drawing)可以以高度概括和相对简洁的方式表达大量信息。计算机生成的线条画在计算机图形学初期就已经发展。作为非照片般逼真绘制技术发展的结果，它在近年来极大地发展。受到传统线条画在通信中的有效性和感性经验的美感的启发，在3D物体形状的计算机生成线条画中进行了广泛研究。Appel提出用于在物体空间中轮廓(silhouette)和锐利特征的提取和在图像空间中绘制的方法(“The notion of quantitativeinvisibility and the machine rendering of sol ids”在Proceedings of the 1967 22ndnational conference)。Gooch 等人介绍了交互技术图不系统(“Interactive technicalillustration”在 Proceedings of the 1999 symposium on Interactive 3D graphics)。Hertzmann和Zorin提出自动在光滑表面上提取轮廓和生成线条画的算法(“Illustratingsmooth surfaces” 在 Proceedings of Siggraph 2000)。为了表达 3D 形状内部的结构和复杂性，Kalnins等人提出在他们的WYSIWYG NPR绘图系统中绘制褶皱(crease)的方法(“WYSIWYG NPR:Drawing strokes directly on 3d models” 在 Proceedings ofSiggraph 2002),而且Interrante等人使用脊和谷线以加强透明皮肤表面(“Enhancingtransparent skin surfaces with ridge and valley lines，，在 IEEE Visualization1995)。Wilson和Ma描述了使用以笔墨(pen-and-ink)形式的线条画表达几何复杂性的方法(“Representing complexity in computer-generated pen-and-ink illustrations，，在Proceedings of NPAR 2004)。Ni等人关注于来自3D网格的多尺度线条画，并且提出视点依赖地控制在计算机生成的线条画中描述的形状特征的尺寸(“Multi-scale linedrawing from 3D meshes，，在 Proceedings of the 2006 symposium on Interactive 3Dgraphics)。许多种类的特征线广泛应用于旧有技术(stale-of-the-art)计算机生成的线条画系统。边界线是在表面展开所处的3D模型中出现的这些特征线之一。等照度线(isophote)是具有在表面上的恒定照度的线，也是在卡通绘制区域之间的阴影边界。自相交线是模型表面相交之处。在这些中，轮廓线(contour)、启发轮廓线(suggestivecontour)、脊(rigde)和谷(valley)是近年来最具有代表性的特征线。轮廓线,一般定义为轮廓的可见部分，是曲面转离观察者并且变得不可见处的线。轮廓线示出模型和背景区别的最强的暗示。启发轮廓线，由DeCarlo等人提出(“Suggestive contours for conveyingshape”在Proceedings of Siggraph 2003),被认为是表面的实际轮廓线的延伸。启发轮廓线是绘制在曲面的清晰可见部分上的线，在该位置真正的轮廓线会以最小的变化优美地首次出现在视点启发轮廓线表达的形状中。启发轮廓线是在动画序列中特别重要的视点依赖特征线的先驱。脊和谷线，也称为峰线，是沿着曲面急剧弯曲的曲面上的曲线。它们是形状变化的最有力的一些描述符，该描述符广泛用在CAD/CAM(计算机辅助设计和计算机辅助制造)应用中。作为现有技术(state-of-the-art)的特征线,然而,这些线单独都不能捕捉所有可见地重要的特征。单独轮廓线是十分有限的，因为他们不能捕捉形状内部的结构和复杂性。启发轮廓线不能说明在凸区域中的突出的特征，固定在曲面上并显得更像曲面标志而不像动画中的自然线条画的白色的脊/谷线的弧形视点独立的特征线。因此，期望使用提取3D物体的曲线的改进的方法以生成3D物体数字图片，该方法可以使得数字图片更感性一致并且可给予用户在获得期望的线条画中更多的自由。进一步，也期望延伸3D物体数字图片的生成到具有用于数字图片的视频序列的程式化的动态设置的数字图片视频序列的生成。换而言之，期望提供一种具有数字图片一 致性的动画生成的方法。在这种背景下，动画指的是数字图片视频序列。程式化可指的是根据风格或文体模式而不是根据本质或传统的数字图片或数字图片序列的表示。例如，程式化可以是非照片般逼真的应用的特征。在这种背景下，数字图片一致性可指的是在视频序列内的不同数字图片中的风格化的一致性。
发明内容
在一个实施例中，提供了用于生成数字图片的方法，该方法包括接收多条曲线的每一条的三维表示，其中每条曲线至少部分地代表三维物体的形状；基于曲线的三维表示，使用由三维表示给出的三维信息将多条曲线分组成至少一个曲线组；基于曲线组的曲线，将每个曲线组与图片元素相关联；以及使用图片元素形成数字图片。根据另一个实施例，提供根据上述方法的装置和计算机可读介质。需要注意的是在独立方法权利要求的从属权利要求中描述的实施例对于相应的装置和在其中可应用的计算机可读介质也类似有效。
附图不必要按比例，而是一般地把重点放在说明各个实施例的原理上。在下面的描述中，參考下列附图描述各个实施例，在其中图I说明在一个实施例中在曲面上的PEL的定义；图2 (a) - (d)示出PEL的效果图；图3 (a) - (d)说明用于获得PEL的在3D物体上的主光和辅助光的效果；图4 (a)_ (f)说明局部在3D物体上的辅助光的调整；图5 (a)示出顶点(X1, yj、(x2, y2)和(x3, y3);图 5 (b)说明面(face)坐标系统；图6 (a) - (f)示出为在不同视点的不同3D物体所提取的PEL的图示；图7说明在一个实施例中，生成包括多个数字图片的视频序列的过程； 图8示出在一个实施例中的方法；图9说明在一个实施例中的装置；图10说明两条曲线的连续性的确定；图11说明两条曲线的平行度的确定；图12说明两条曲线导致封闭曲线的可能性的确定；图13 (a) - (C)说明在不同数字图片之间分组的曲线；图14 (a)示出3D物体；图14 (b)示出以ー种风格，从如图14 (a)中所示3D物体提取的曲线的表示；图14 (c)示出以另外ー种风格，从如图14 Ca)中所示的3D物体提取的曲线的表示；图15 (a)- (b)说明在不同的数字图片之间单条曲线的对应的确定的例子；以及图16说明根据ー个实施例的计算机。
具体实施例方式边缘(edge)检测是在计算机视觉中充分研究的问题。在2D图像中，边缘检測定义为在梯度方向上梯度幅值呈现最大的点。人类视觉的观测和感知在显示亮度中的突然改变在表达和复原3D信息中扮演着核心作用。观测也显示对于在通常照明和反射条件下的所照亮的3D物体的灰度图像，沿着亮度梯度方向的图像亮度的ニ阶方向导数的过零点(zero-crossing)出现在3D物体的脊和谷附近。受到在图像处理中的边缘检测的启发，在一个实施例中，可命名为光极线(Photic Extremum Lines,PEL)的曲线的类型,定义为在3D物体表面上直接表征照度的局部变化。在一个实施例中，PEL是在3D物体的表面上照度的变化在其梯度方向上达到局部最大的ー组点。图I说明PEL的定义。在图I中设定平滑曲面片$D C R2-> R1可假设照度函数f :S_>R是C3连续的。在这方面，R2指ニ維真实空间，例如实数对的向量空间。R2可指三維真实空间，例如，实数的三元组的向量空间。C3意思是三阶导数存在并且是连续的。如图I所示给定任意点p G S，n是在曲面片S上在点p处的曲面法线。切向量Su和Sv在曲面片S的点p上定乂局部坐标系统，在其中
「 n ds dSSu =—,Sv =—如果S是常规片，则Su和Sv线性独立且形成正切空间的基础。
f的梯度可定义为
权利要求
1.一种用于生成数字图片的方法，包括 接收多条曲线的每一条的三维表示，其中每条曲线至少部分地表示三维物体的形状；基于所述曲线的所述三维表示，使用由所述三维表示给出的三维信息将所述多条曲线分组成至少一个曲线组； 基于所述曲线组的曲线，将每个曲线组与图片元素相关联； 使用所述图片元素形成所述数字图片。
2.根据权利要求I的方法，其中所述数字图片是数字图片视频序列的数字图片。
3.根据权利要求2的方法，其中所述多条曲线的至少两条曲线与所述数字图片视频序列的不同数字图片相关联。
4.根据权利要求I至3任一项的方法，其中基于下列至少一个决定两条曲线是否分组至同一个曲线组 在所述两条曲线之间的连续性的测量， 所述两条曲线的平行度的测量， 所述两条曲线的邻近性的测量， 所述两条曲线导致封闭曲线的可能性的测量。
5.根据权利要求4的方法，其中基于下列至少一个与预定义的阈值的比较决定两条曲线是否分组至同一个曲线组 在所述两条曲线之间的连续性的测量， 所述两条曲线的平行度的测量， 所述两条曲线的邻近性的测量， 所述两条曲线导致封闭曲线的可能性的测量。
6.根据权利要求4的方法，其中基于下列至少两个的组合与预定义的阀值的比较决定两条曲线是否分组至同一个曲线组 在所述两条曲线之间的连续性的测量， 所述两条曲线的平行度的测量， 所述两条曲线的邻近性的测量， 所述两条曲线导致封闭曲线的可能性的测量。
7.根据权利要求6的方法，其中所述组合是以下至少两个的加权和 在所述两条曲线之间的连续性的测量， 所述两条曲线的平行度的测量， 所述两条曲线的邻近性的测量， 所述两条曲线导致封闭曲线的可能性的测量。
8.根据权利要求I至7中任一项的方法，其中曲线的所述三维表示是在三维空间中的一组顶点。
9.根据权利要求8的方法，其中所述顶点指定在三维空间中的点，如果所述三维物体从预定的视点观察并且由至少一个预定光源照亮，所述三维物体的照度在所述点处改变。
10.根据权利要求I至9中任一项的方法，其中所述三维信息是关于在三维空间中的所述曲线的三维路径的信息。
11.根据权利要求3的方法，其中将与图片元素相关联的每个曲线组进一步分为多个曲线子组，每个曲线子组与不同数字图片的相同图片元素相关联。
12.根据权利要求11的方法，进一步包括为要在所述数字图片中显示的每个图片元素设置文体模式。
13.根据权利要求12的方法，其中对于相同的图片元素，通过不同的数字图片为不同的曲线子组应用相同的文体模式。
14.根据权利要求11的方法，进一步包括为在曲线子组内的至少一条曲线设置文体模式。
15.根据权利要求14的方法，其中为在所述曲线子组内的至少一条曲线和在相同的曲线组内的所有其它曲线子组内至少一条对应的曲线应用相同的文体模式，其中所述至少一条对应的曲线指共有与具有所述至少一条曲线的所述三维物体相关联的相似的位置或相似的几何特性的曲线。
16.一种用于生成数字图片的装置，包括 接收单元，配置为接收多条曲线的每一条的三维表示，其中每条曲线至少部分地表示三维物体的形状； 分组单元，配置为基于所述曲线的所述三维表示，使用由所述三维表示给出的三维信息将所述多条曲线分组成至少一个曲线组； 关联单元，配置为基于所述曲线组的曲线，将每个曲线组与图片元素相关联； 生成单元，配置为使用所述图片元素形成所述数字图片。
17.一种具有记录在其上的程序的计算机可读介质，其中所述程序适于使计算机的处理器执行用于生成数字图片的方法，所述计算机可读介质包括 使所述处理器执行多条曲线的每一条的三维表示的接收的所述程序的代码，其中每条曲线至少部分地表示三维物体的形状； 使所述处理器执行基于所述曲线的所述三维表示，使用由所述三维表示给出的三维信息的所述多条曲线到至少一个曲线组的分组的所述程序的代码； 使所述处理器执行基于所述曲线组的曲线的每个曲线组与图片元素的关联的所述程序的代码； 使所述处理器执行使用所述图片元素的所述数字图片的形成的所述程序的代码。
全文摘要
提供一种用于生成数字图片的方法，该方法包括接收多条曲线的每一条的三维表示，其中每条曲线至少部分地表示三维物体的形状；基于曲线的三维表示，使用三维表示给出的三维信息将多条曲线分组成至少一个曲线组；基于曲线组的曲线将每个曲线组与图片元素相关联；使用图片元素形成数字图片。
文档编号G06T17/00GK102792337SQ201080065336
公开日2012年11月21日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者田丰, 谢学翔, 谢福顺, 贺英 申请人:新加坡南洋理工大学