[发明专利]基于背景视图合成卡通动画的方法

说明书

技术领域

本发明涉及二维卡通动画领域，尤其涉及一种基于背景视图合成卡通动画的方法。

背景技术

卡通动画有着广泛的应用领域，包括教育，广告，娱乐等。传统的卡通画制作分为：情节设计、细节设计、声音的录制、关键帧绘制、过渡帧绘制、背景绘制等。传统动画是一个繁琐的制作过程，尤其是过渡帧的绘制需要消耗动画师大量的时间和工作。

当前计算机辅助动画设计系统主要是希望基于关键帧自动绘制过渡帧，减轻动画师的工作量，即针对相邻两关键帧的各个部分建立对应关系，并基于该对应关系通过插值生成过渡帧，再依据关键帧中各部分的颜色生成过渡帧的颜色。

建立相邻两关键帧的对应关系。由于2维图像本身不是结构化的数据，因此需要对其进行结构化。比如2002年在NPAR会议上发表的《Computer AidedInbetweening》就属于这种方法，该文章提出基于层次的算法将关键帧以笔画为单位，对图像进行结构化。首先帧中卡通角色上的笔画将基于其连通性分为若干笔画组，之后对于两幅关键帧中的笔画组依据它们之间存在的包含，相邻以及层次关系构建对应关系。又如1995年在Journal of Visual Computer上发表的《Feature matching and affine transformation for 2D cell animation》提出了一种自动建立过渡帧的算法，该方法首先确定一对相似的关键帧，同时在关键帧各自的边界上确定特征点，其周围的邻近像素要有三个或三个以上属于卡通角色，在两帧的特征点中选中若干相互匹配的特征点，并建立它们之间的仿射变换矩阵，接着运用该变换矩阵针对其中一个进行变形得到的结果与另一帧将非常接近，在原关键帧与变换得到的帧之间利用插值构建过渡帧。

通过插值得到的过渡帧仅具有轮廓，而不具有颜色信息，而为过渡帧上色是一件繁琐的工作。在2000年Journal of Visual Computer上发表的《Computer-assisted coloring by matching line drawings》一文中提出针对过渡帧的自动上色算法。首先针对卡通角色轮廓进行修复工作，然后针对卡通角色中大面积区域给出编号，并进行匹配，对于面积较小的区域则按照与大面积区域的邻接关系进行匹配。

近些年由Juan提出的Cartoon Texture方法从现有的卡通库中连接相似的一些帧而合成卡通动画。为了构建平滑的卡通序列，每一对帧都要进行一遍相似度计算。然而，Cartoon Texture方法仅仅考虑了卡通角色边界的相似度而忽略了其他因素。有些情况，两个卡通角色具有相似的边界，但具有相反的运动方向。另一种方法被称之为”Adaptive Cartoon Reusing”，即自适应卡通重用，在相似度计算上做出了改进。因为所有的关键帧和过渡帧都从卡通库中选取，从而用户可以方便地合成卡通动画。

但是现有的卡通重用方法存在三个未解决的问题：首先，在卡通动画中，影响人们视觉感知的因素没有被证明；其次，现有的卡通重用方法仅仅采用单帧重用，很难满足人们的视觉感受；最后，上述提到的两种方法仅仅适用于小的卡通片段，而忽略了怎样将它们应用于背景视图中。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于背景视图合成卡通动画的方法。

基于背景视图合成卡通动画的方法包括如下步骤：

(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：