[发明专利]基于线画图案的三维模型雕刻方法

说明书

技术领域

本发明专利设计针对用户输入的二维线画图案，提供了一种能够方便快捷地在三维模型生成该图案雕刻效果的方法。

背景技术

作为三维物体外形的一种主流表示方式，三维模型在数字娱乐产业、工业设计领域、虚拟现实等领域得到了广泛使用。三维模型的表征属性包含两方面：三维模型的几何属性(如顶点位置信息和顶点之间的拓扑连接信息)和三维模型的外观属性(如表面材质属性、几何纹理和颜色纹理信息等)。为了使生成的三维模型更具有真实感，同时增加三维模型的美观性和艺术性，通常会对三维模型添加三维特征纹理，在现有的技术中，可以分为凹凸映射技术，凹凸映射技术和浮雕纹理映射技术。近年来，不少基于特征的纹理合成的算法被提出，其中包括三维雕刻技术，三维雕刻是指沿着模型表面特定线条对其顶点进行移动以生成表面复杂几何纹理的过程，它是复杂模型表面纹理生成的一种重要方法。三维模型的数字雕刻作为生成复杂模型的一种造型手段，可以在原有模型基础上通过特定的雕刻方法方便高效地生成具有丰富表面浮雕纹理的复杂模型，从而极大地丰富了三维复杂模型的建模内容，这种方法将具有广泛的应用前景。已有的三维雕刻技术主要通过在三维模型上手绘线条，利用雕刻函数计算在纹理宽度内的顶点的平移方向和距离，得到具有真实感的三维雕刻效果，该技术主要通过用户交互实现，然而，设计复杂的三维雕刻效果要求的用户交互工作量较大，同时由于轮廓线的生成是通过用户指定关键点拟合出的曲线，故具体走势不受用户直接控制，用户很难在模型上设计需要的复杂雕刻效果。我们的方法直接以待雕刻的二维线画图案作为输入，可以方便实现三维模型表面的雕刻效果。由于该方法中的雕刻轮廓线是从输入图像中自动获取，因此使得用户的操作相当简便，同时也实现了比较复杂的三维雕刻效果。

发明内容

为了克服已有三维网格模型表面纹理合成中的交互工作量大、比较费时以及雕刻效果简单的不足，本发明提供了一种操作简单、雕刻方便、雕刻效果可控性强的基于二维线画图案的三维雕刻方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于线画图案的三维模型雕刻方法，所述的方法包括以下四个步骤：

1)用户输入需要雕刻的二维线画图案，方法对输入图案进行预处理，通过边缘收缩操作提取输入线画图中的线条中心线作为雕刻轮廓线；

将输入的二维线画图案转为灰度图，并计算每个像素点的梯度值，将梯度值大于梯度最大值10％的像素点作为待移动像素点，记录待移动像素点总数n_move；对于待移动的像素点，沿着其单位化梯度方向向中心移动，每个待移动像素点移动到中心附近时停止移动；判断像素点停止移动的方法如下：首先收集像素点p_i的邻域N_i＝{p_j|||p_j-p_i||≤1}，判断该邻域内像素点p_j的梯度方向与像素点p_i的梯度方向是否一致，当时，说明此时邻域范围内已经有与移动方向相反的像素点p_j，即p_j是由与p_i相对轮廓中心线相反的边界移动得到的点，此时p_i已经靠近轮廓中心线；再判断p_i是否移动越过p_j，当满足时，p_i越过p_j，说明p_i已经到达轮廓中心线处，故停止移动。随着停止移动的像素点数的增多，待移动像素点越来越少，当待移动像素点数目不超过λ·n_move时，整个收缩过程结束(其中参数λ可取0.01)。收缩结束后，为了处理可能出现少量孤立点情形，将其中邻域N_i中包含的像素点数少于2个的像素点p_i作为孤立点去除，从而得到二维雕刻轮廓线。

2)针对不同类型的三维模型，对模型表面待雕刻区域分别进行参数化；