[发明专利]基于背景视图合成卡通动画的方法

权利要求书

1.一种基于背景视图合成卡通动画的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)利用相似性评估证明边界距离与运动方向距离是影响人类视觉效果的两个重要因素，通过合并这两个因素计算相似度；

(2)依据背景中的灭线计算比例因子，调整卡通角色的大小尺寸；

(3)由用户交互得到卡通角色行进路线，通过斜率匹配得到卡通片段，并合成出需要的卡通动画；

所述的依据背景中的灭线计算比例因子，调整卡通角色的大小尺寸步骤：首先定义灭线为视觉平面和与地面平行的平面的交线，且该灭线通过摄像机，其中卡通角色在视觉平面的坐标设为(u`，v`)，v`＝0的点为在灭线上的点，v`＞0的点为在灭线以下，一个点的实际高度y计算公式为：

v`(yc-y)fz---6]]>

y_c是摄像机的高度，z是深度，f是摄像机的焦距，卡通角色的高度为y_top-y_bottom：其中y_top代表最高点的高度，y_bottom代表最低点的高度，卡通角色的高度计算公式为：

v`bottomv`bottom-v`top=ycytop---7]]>

其中v`<sub>bottom</sub>和v`_top分别为卡通角色在视觉平面的最低点和最高点坐标，定义：背景视图不移动的灭线v₀，v_c为卡通角色在视觉平面中最低点，H_c代表卡通角色的实际高度，卡通角色在视觉平面中的高度h_c计算公式为：

hc=Hc(vc-v0)yc---8]]>

当卡通角色放置于背景视图中，得到最低位置v_c，

通过用户把卡通角色的大小进行初始化，得到卡通角色在视觉平面上某点的高度h_c^s，得到：

Hcyc=hcsvcs-v0---9]]>

卡通角色的实际高度和摄像机的高度为常数，也是常数，得到：

hcsvcs-v0=hci(vci-v0)⇒hci=hcsvcs-v0(vci-v0)---10]]>

根据卡通角色在视觉平面的位置v_cⁱ计算出高度h_cⁱ，比例因子S根据用户的交互和灭线v₀计算公式为：

S=hcsvcs-v0---11;]]>

所述的由用户交互得到卡通角色行进路线，通过斜率匹配得到卡通片段，并合成出需要的卡通动画步骤：提取若干重用视频中的卡通角色片段，保存重用视频卡通的行进轨迹，将背景视图划分为若干子区域，用户交互出的行进路线根据这些子区域进行分割，采用基于重用轨迹和用户交互的路线的斜率匹配算法，挑选出与交互路线最匹配的重用卡通片段，将该卡通角色应用于合成动画，令重用卡通片段的轨迹为P_r，用户交互的子路线为P_u，斜率匹配算法基于每条路线上的10个点，分别记为{p_r¹…p_r¹⁰}和{p_u¹…p_u¹⁰}，两条路线的差计算公式如下：

D(Pu,Pr)=Σi=110(S(pui)-S(pri))---12]]>

其中S(p_uⁱ)计算该点的斜率，当计算出阈值后，与保留路线匹配的K个卡通片段被选取，假设前一个卡通片段i记为(F_i¹，…F_iⁿ)，评估两个卡通片段的相似性，计算公式如下：

D(Fin,Fj1)=αD`H(Fin,Fj1)+(1-α)D`M(Fin,Fj1)---13]]>

F_iⁿ代表第i个片段的最后一帧，F_j¹代表第j个片段的第一帧，α代表权重系数，D`<sub>H</sub>和D`_M为归一化的边界距离和运动方向距离：

D`H(Fin,Fj1)=DH(Fin,Fj1)-minA∈(L-{Fin})(DH(Fin,A))maxB∈LDH(Fin,B)-minA∈(L-Fin)(DH(Fin,A))---14]]>

D`M(Fin,Fj1)=1πDM(Fin,Fj1)---15]]>

其中L代表卡通库，并且经过归一化，D`<sub>H</sub>和D`_M值都在[0，1]。

2.根据权利要求1所述的一种基于背景视图合成卡通动画的方法，其特征在于，所述的利用相似性评估证明边界距离与运动方向距离是影响人类视觉效果的两个重要因素，通过合并这两个因素计算相似度步骤：选取两个数据集，第一个数据集中，是一对时间域上相邻的两帧，视觉相似度高，第二个数据集中，是一对随机选取的两帧，视觉相似度低，利用Hausdorff距离公式计算出边界距离：

DH(Ii,Ij)=max(h(Ei,Ej),h(Ej,Ei))i≠j0i=j---1]]>

E_i和E_j分别是帧I_i和帧I_j的边界点集，计算两个集合之间的Hausdorff距离h的公式为：

h(Ei,Ej)=Σpa∈Eiminpb∈Ej(||pa-pb||)---2]]>

其中‖p_a-p_b‖为计算位于相应帧的边界点a和b的欧式距离，n_i代表E_i的边界点个数；

根据两个数据集分别计算出的边界距离分布在不相重合的区域范围内，且不论是最大，最小还是平均边界距离，第一个数据集都要小于第二个数据集，从而证明边界距离是影响人们视觉效果的一个重要因素；

通过前景分割得到视频中相邻两帧的前景卡通角色I_i和I_i+1，采用几何平均计算出两个卡通角色的质心C_i和C_i+1，卡通角色之间的相对位移的计算公式为：

再通过合并卡通角色的相对位移和相机位移得到卡通角色的运动方向和速度，计算公式为：

Mci→=Mri→-Mbi→---4]]>

计算两帧的运动方向距离公式为：

DM(Ii,Ij)=arccos(Mci→*Mcj→|Mci→|*|Mcj→|)---5]]>

根据两个数据集分别计算出的运动方向距离分布在不相重合的区域范围内，且不论是最大，最小还是平均运动方向距离，第一个数据集都要小于第二个数据集，从而证明运动方向距离是影响视觉效果的另一个重要因素。