CN103489212A - 基于用户启发的二维形状对应方法 - Google Patents

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CN103489212A CN201310420958.1A CN201310420958A CN103489212A CN 103489212 A CN103489212 A CN 103489212A CN 201310420958 A CN201310420958 A CN 201310420958A CN 103489212 A CN103489212 A CN 103489212A
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Abstract

本发明公开了一种基于用户启发的二维形状对应方法，本发明从给定的两组二维形状出发，用户首先指定两组二维形状之间一对或多对对应关系，并运用算法进一步建立两组二维形状之间其它未指定的二维形状之间的对应关系。本发明的方法允许用户控制两组形状之间的对应关系，并且仅需少量的用户交互即可产生“满足用户需要”的形状对应结果。本发明具有用户交互量小，对应效率高；算法简单、精准、高效，纠错容易，编码简单的特点。

Description

基于用户启发的二维形状对应方法
技术领域
本发明涉及二维形状对应技术领域，尤其涉及一种基于用户启发的二维形状对应方法。
背景技术
在政府的大力支持下，国内动漫产业近年来发展迅速，动漫产量亦大幅提升。然而，传统的手绘二维动画需要大量制作时间和高额制作成本。为了辅助二维动画制作，国内外研发了许多二维动画制作商业软件，例如Adobe Flash、Toon Boom Studio等。这些商业软件主要实现了所谓的“无纸卡通”功能，即把传统的动画师纸上绘画转为让动画师通过数位板在计算机上绘画，以方便动画素材的编辑和管理。但是，动画师仍需要一帧一帧地绘制二维动画序列，工作量仍然非常巨大。
因此，研发智能化的二维动画技术，以自动生成二维动画序列，从而有效提高二维动画的制作效率并降低其制作成本，具有现实的社会和经济意义。
二维形状内插是计算机动画领域中的一项重要技术，被广泛应用于二维关键帧矢量动画系统中。该技术可以实现相邻关键帧中所包含角色姿态的光滑过渡，从而自动生成关键帧之间的角色动画序列。在实际二维矢量动画中，一个角色姿态通常由一组(多个)二维形状表示而成，每个形状对应着角色的一个特征。为了实现表示相邻两个角色姿态的两组形状之间的光滑过渡，二维形状内插技术需要解决一个基本问题：如何关联两个角色姿态上的特征，即如何建立两组形状之间的一一对应关系。在绘制角色姿态时，动画师可以通过按照一定顺序来绘制角色上每一特征所对应的形状，以自动实现相邻角色姿态之间的形状对应。但是，这将极大地限制动画师的创作自由，最终影响创作效率和质量。一种简单有效的方法是让用户通过手工指定来建立两组形状之间的对应，但是这需要较多的人工交互，从而降低了制作效率。虽然人们提出了一些自动的形状对应方法，但是这些方法不能保证产生“满足用户需要”的形状对应结果，仍需要较多的手工交互来纠正结果。因此，如何降低人工交互量并保证产生正确的对应结果是二维形状对应方法亟需解决的问题。
中国专利公开号CN101903908A，公开日是2010年12月01日，公开了一种基于特征的2D／3D图像配准。它包括以下方法：特征检测器，其配置用于从二维图像提取二维特征集，从三维图像提取三维特征集；投影处理器，其配置用于将三维数据投影成二维投影数据；以及配准处理器，其配置用于调节参数以将所述二维特征集与由所述投影处理器使用投影几何投影的所述三维特征集进行配准，以及使用经调节的参数以将所述二维图像和由所述投影处理器使用所述投影几何投影的所述三维图像进行配准。不足之处是，这种基于特征的2D／3D图像配准方法，在特征集对应发生错误时，投影处理器不能够对其对应错误进行纠正，也不能够采用算法对其对应错误进行自动寻找匹配，因而匹配对应准确性不高。
发明内容
本发明是为了解决现有的完全手工或完全自动的二维形状对应方法中存在的交互量大、纠错难、对应匹配准确性不高的不足，提供了一种精准高效，纠错容易，编码简单，算法高效的一种基于用户启发的二维形状对应方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于用户启发的二维形状对应方法，包括如下步骤：
(1-1)设定二维矢量动画中的角色姿态由一组二维形状组成，每个二维形状与一个角色特征相对应；用户指定两个角色姿态
Figure BDA0000382348430000031
和
Figure BDA0000382348430000032
内的二维形状之间的至少一对对应关系；
(1-2)按照下述步骤建立
Figure BDA0000382348430000033
的连接图G1，建立
Figure BDA0000382348430000034
的连接图G2：
设定G1中的任一顶点
Figure BDA00003823484300000318
对应着
Figure BDA0000382348430000036
中一个的二维形状
Figure BDA0000382348430000037
设定G2中的任一顶点
Figure BDA0000382348430000038
对应着
Figure BDA0000382348430000039
中的一个二维形状
Figure BDA00003823484300000310
设定
Figure BDA00003823484300000311
的连接边阈值为L1，设定
Figure BDA00003823484300000312
的连接边阈值为L2；
G1通过下述步骤建立：当G1中的两个任意顶点所对应的二维形状的距离小于L1时，则在所述两个任意顶点之间建立一条连接边；
G2通过下述步骤建立：当G2中的两个任意顶点所对应的二维形状的距离小于L2时，则在所述两个任意顶点之间建立一条连接边；
(1-3)利用下述算法建立
Figure BDA00003823484300000313
和
Figure BDA00003823484300000314
内的二维形状之间的一一对应关系：
(1-3-1)设定两个形状
Figure BDA00003823484300000315
和
Figure BDA00003823484300000316
之间的相似性度量尺度函数为
f ( S i 1 , S j 2 ) = D L ( S i 1 , S j 2 ) × D O ( S i 1 , S j 2 ) × D A ( S i 1 , S j 2 ) ;
Figure BDA0000382348430000041
Figure BDA0000382348430000042
Figure BDA0000382348430000043
其中，
Figure BDA0000382348430000044
分别为二维形状
Figure BDA0000382348430000045
的大小、朝向和外观；分别为二维形状
Figure BDA0000382348430000047
的大小、朝向和外观；
(1-3-2)对于用户已指定对应关系的每对二维形状，在连接图G1和G2中分别找出这对形状所对应的顶点，将这对顶点标记为一对已关联的顶点对；
(1-3-3)设定G1和G2中的任一对已关联顶点对所包含的顶点为：
Figure BDA0000382348430000048
和
Figure BDA0000382348430000049
其中，位于G1中，
Figure BDA00003823484300000411
位于G2中；将
Figure BDA00003823484300000412
和
Figure BDA00003823484300000413
的邻接顶点中尚未被关联的顶点分别放入集合P和Q中；
(1-3-4)将集合P中的任一个顶点
Figure BDA00003823484300000414
与Q中的任一个顶点
Figure BDA00003823484300000415
相关联，构成一对候选关联顶点对，利用相似性度量尺度函数计算
Figure BDA00003823484300000416
和
Figure BDA00003823484300000417
的关联度
Figure BDA00003823484300000418
其中，为
Figure BDA00003823484300000420
对应的形状，
Figure BDA00003823484300000421
为
Figure BDA00003823484300000422
对应的形状；
(1-3-5)当候选关联顶点对个数大于零，选取所有关联度
Figure BDA00003823484300000423
中的最大值将所对应的候选关联顶点对标记为已关联的顶点对，并把该顶点对所对应的两个形状对应在一起；返回步骤(1-3-3)；
当候选关联顶点对个数等于零，G1和G2中顶点所对应的两组形状之间的对应完成。
二维形状内插是计算机动画领域中的一项重要技术，被广泛应用于二维关键帧矢量动画系统中。该技术可以实现相邻关键帧中所包含角色姿态的光滑过渡，从而自动生成关键帧之间的角色动画序列。
为了解决相邻关键帧中所包含角色姿态的光滑过渡问题，需要首先将相邻关键帧的同一角色的两个角色姿态
Figure BDA0000382348430000051
和
Figure BDA0000382348430000052
内的二维形状之间一一对应关系。
本发明要解决的问题就是如何高效且准确地建立两组形状之间的对应关系。
本发明的基于用户启发的二维形状对应方法从给定的两组二维形状出发，用户首先指定两组二维形状之间一对或多对对应关系，并运用算法进一步建立两组二维形状之间其它未指定的二维形状之间的对应关系。本发明的方法允许用户控制两组形状之间的对应关系，并且仅需少量的用户交互即可产生“满足用户需要”的形状对应结果。本发明有效地解决了两组二维形状之间的对应问题，可以高效且准确地建立任意两组形状之间的对应关系。
作为优选，步骤(1-2)中还包括如下步骤：
将所述任意两个顶点所对应的二维形状的曲线分别进行离散，计算每条曲线的所有离散点的平均位置，将平均位置设为所对应的二维形状的重心；
计算所述任意两个顶点所对应的二维形状的重心之间的距离，将二维形状的重心之间的距离设为二维形状之间的距离；
选择
Figure BDA0000382348430000053
中的任一二维形状，计算所述二维形状到
Figure BDA0000382348430000054
中其它二维形状的距离，取各个距离的平均值为连接边阈值L1；
选择
Figure BDA0000382348430000061
中的任一二维形状，计算所述二维形状到
Figure BDA0000382348430000062
中其它二维形状的距离，取各个距离的平均值为连接边阈值L2。
作为优选，所述
Figure BDA0000382348430000063
为二维形状
Figure BDA0000382348430000064
的总弧长；所述
Figure BDA0000382348430000065
为原点到二维形状
Figure BDA0000382348430000066
的重心形成的向量与正向x轴的夹角；
Figure BDA0000382348430000067
为二维形状
Figure BDA0000382348430000068
上的视觉显著性点的个数。
作为优选，所述
Figure BDA0000382348430000069
为二维形状
Figure BDA00003823484300000610
的总弧长；
Figure BDA00003823484300000611
为原点到形状
Figure BDA00003823484300000612
的重心形成的向量与正向x轴的夹角；为形状
Figure BDA00003823484300000614
上视觉显著性点的个数。
作为优选，所述显著性点包括曲率极值点和端点。
本发明能够达到如下效果：(1)用户交互量小，对应效率高；(2)算法简单、精准、高效，纠错容易，编码简单。
附图说明
图1是本发明的实施例的一种流程图；
图2是本发明的两个二维角色姿态
Figure BDA00003823484300000615
和
Figure BDA00003823484300000616
图3是本发明的由用户指定一对形状对应关系后的两个二维角色姿态
Figure BDA00003823484300000617
和
图4是本发明的完成对应的两个二维姿态图。
图中：角色姿态角色姿态
Figure BDA00003823484300000620
连接边3。
具体实施方式
如图1所示的实施例是一种基于用户启发的二维形状对应方法，包括如下步骤：
步骤100，设定二维矢量动画中的角色姿态由一组二维形状组成，如图2所示，每个二维形状与一个角色特征相对应；如图3所示，用户指定两个角色姿态
Figure BDA0000382348430000071
和
Figure BDA0000382348430000072
内的二维形状之间的一对对应关系3；
步骤200，按照下述步骤建立
Figure BDA0000382348430000073
的连接图G1，建立
Figure BDA0000382348430000074
的连接图G2：
设定G1中的任一顶点
Figure BDA0000382348430000075
对应着
Figure BDA0000382348430000076
中一个的二维形状
Figure BDA0000382348430000077
；设定G2中的任一顶点
Figure BDA0000382348430000078
对应着
Figure BDA0000382348430000079
中的一个二维形状
Figure BDA00003823484300000710
；设定
Figure BDA00003823484300000711
的连接边阈值为L1，设定
Figure BDA00003823484300000712
的连接边阈值为L2；
G1通过下述步骤建立：当G1中的两个任意顶点所对应的二维形状的距离小于L1时，则在所述两个任意顶点之间建立一条连接边；
G2通过下述步骤建立：当G2中的两个任意顶点所对应的二维形状的距离小于L2时，则在所述两个任意顶点之间建立一条连接边；
本实施例中，将所述任意两个顶点所对应的二维形状的曲线分别进行离散，计算每条曲线的所有离散点的平均位置，将平均位置设为所对应的二维形状的重心；
计算所述任意两个顶点所对应的二维形状的重心之间的距离，将二维形状的重心之间的距离设为二维形状之间的距离；
选择中的任一二维形状，计算所述二维形状到中其它二维形状的距离，取各个距离的平均值为连接边阈值L1；
选择
Figure BDA00003823484300000715
中的任一二维形状，计算所述二维形状到
Figure BDA00003823484300000716
中其它二维形状的距离，取各个距离的平均值为连接边阈值L2。
步骤300，利用下述算法建立
Figure BDA0000382348430000081
和
Figure BDA0000382348430000082
内的二维形状之间的一一对应关系：
步骤301，设定两个形状
Figure BDA0000382348430000083
和
Figure BDA0000382348430000085
之间的相似性度量尺度函数为
f ( S i 1 , S j 2 ) = D L ( S i 1 , S j 2 ) × D O ( S i 1 , S j 2 ) × D A ( S i 1 , S j 2 ) ;
Figure BDA0000382348430000087
Figure BDA0000382348430000088
Figure BDA0000382348430000089
其中，
Figure BDA00003823484300000810
分别为二维形状
Figure BDA00003823484300000811
的大小、朝向和外观；分别为二维形状
Figure BDA00003823484300000813
的大小、朝向和外观；
Figure BDA00003823484300000814
为二维形状的总弧长；所述
Figure BDA00003823484300000816
为原点到二维形状的重心形成的向量与正向x轴的夹角；
Figure BDA00003823484300000818
为二维形状
Figure BDA00003823484300000819
上的视觉显著性点的个数。
Figure BDA00003823484300000820
为二维形状
Figure BDA00003823484300000821
的总弧长；
Figure BDA00003823484300000822
为原点到形状
Figure BDA00003823484300000823
的重心形成的向量与正向x轴的夹角；
Figure BDA00003823484300000824
为形状
Figure BDA00003823484300000825
上视觉显著性点的个数。显著性点包括曲率极值点和端点。
步骤302，对于用户已指定对应关系的每对二维形状，在连接图G1和G2中分别找出这对形状所对应的顶点，将这对顶点标记为一对已关联的顶点对；
步骤303，设定G1和G2中的任一对已关联顶点对所包含的顶点为：
Figure BDA00003823484300000826
和
Figure BDA00003823484300000827
其中，
Figure BDA00003823484300000828
位于G1中，
Figure BDA00003823484300000829
位于G2中；将
Figure BDA00003823484300000830
和
Figure BDA00003823484300000831
的邻接顶点中尚未被关联的顶点分别放入集合P和Q中；
步骤304，将集合P中的任一个顶点
Figure BDA0000382348430000091
与Q中的任一个顶点
Figure BDA0000382348430000092
相关联，构成一对候选关联顶点对，利用相似性度量尺度函数计算
Figure BDA0000382348430000093
和
Figure BDA0000382348430000094
的关联度
Figure BDA0000382348430000095
其中，
Figure BDA0000382348430000096
为
Figure BDA0000382348430000097
对应的形状，
Figure BDA0000382348430000098
为
Figure BDA0000382348430000099
对应的形状；
步骤305，当候选关联顶点对个数大于零，选取所有关联度
Figure BDA00003823484300000910
中的最大值
Figure BDA00003823484300000911
将
Figure BDA00003823484300000912
所对应的候选关联顶点对标记为已关联的顶点对，并把该顶点对所对应的两个形状对应在一起；返回步骤303；
如图4所示，当候选关联顶点对个数等于零，G1和G2中顶点所对应的两组形状之间的对应完成。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种基于用户启发的二维形状对应方法，其特征是，包括如下步骤：
(1-1)设定二维矢量动画中的角色姿态由一组二维形状组成，每个二维形状与一个角色特征相对应；用户指定两个角色姿态
Figure FDA0000382348420000011
和
Figure FDA0000382348420000012
内的二维形状之间的至少一对对应关系；
(1-2)按照下述步骤建立的连接图G1，建立
Figure FDA0000382348420000014
的连接图G2.
设定G1中的任一顶点对应着
Figure FDA0000382348420000016
中一个的二维形状
Figure FDA0000382348420000017
设定G2中的任一顶点
Figure FDA0000382348420000018
对应着
Figure FDA0000382348420000019
中的一个二维形状
Figure FDA00003823484200000110
设定
Figure FDA00003823484200000111
的连接边阈值为L1，设定
Figure FDA00003823484200000112
的连接边阈值为L2；
G1通过下述步骤建立：当G1中的两个任意顶点所对应的二维形状的距离小于L1时，则在所述两个任意顶点之间建立一条连接边；
G2通过下述步骤建立：当G2中的两个任意顶点所对应的二维形状的距离小于L2时，则在所述两个任意顶点之间建立一条连接边；
(1-3)利用下述算法建立
Figure FDA00003823484200000113
和
Figure FDA00003823484200000114
内的二维形状之间的一一对应关系：
(1-3-1)设定两个形状
Figure FDA00003823484200000115
和
Figure FDA00003823484200000116
之间的相似性度量尺度函数为
f ( S i 1 , S j 2 ) = D L ( S i 1 , S j 2 ) × D O ( S i 1 , S j 2 ) × D A ( S i 1 , S j 2 ) ;
Figure FDA00003823484200000119
其中，
Figure FDA0000382348420000022
分别为二维形状
Figure FDA0000382348420000023
的大小、朝向和外观；分别为二维形状
Figure FDA0000382348420000025
的大小、朝向和外观；
(1-3-2)对于用户已指定对应关系的每对二维形状，在连接图G1和G2中分别找出这对形状所对应的顶点，将这对顶点标记为一对已关联的顶点对；
(1-3-3)设定G1和G2中的任一对已关联顶点对所包含的顶点为：
Figure FDA0000382348420000026
和
Figure FDA0000382348420000027
其中，
Figure FDA0000382348420000028
位于G1中，位于G2中；将和
Figure FDA00003823484200000211
的邻接顶点中尚未被关联的顶点分别放入集合P和Q中；
(1-3-4)将集合P中的任一个顶点
Figure FDA00003823484200000212
与Q中的任一个顶点
Figure FDA00003823484200000213
相关联，构成一对候选关联顶点对，利用相似性度量尺度函数计算
Figure FDA00003823484200000214
和
Figure FDA00003823484200000215
的关联度
Figure FDA00003823484200000216
其中，
Figure FDA00003823484200000217
为
Figure FDA00003823484200000218
对应的形状，
Figure FDA00003823484200000219
为
Figure FDA00003823484200000220
对应的形状；
(1-3-5)当候选关联顶点对个数大于零，选取所有关联度
Figure FDA00003823484200000221
中的最大值
Figure FDA00003823484200000222
将
Figure FDA00003823484200000223
所对应的候选关联顶点对标记为已关联的顶点对，并把该顶点对所对应的两个形状对应在一起；返回步骤(1-3-3)；
当候选关联顶点对个数等于零，G1和G2中顶点所对应的两组形状之间的对应完成。
2.根据权利要求1所述的基于用户启发的二维形状对应方法，其特征是，步骤(1-2)中还包括如下步骤：
将所述任意两个顶点所对应的二维形状的曲线分别进行离散，计算每条曲线的所有离散点的平均位置，将平均位置设为所对应的二维形状的重心；
计算所述任意两个顶点所对应的二维形状的重心之间的距离，将二维形状的重心之间的距离设为二维形状之间的距离；
选择
Figure FDA0000382348420000031
中的任一二维形状，计算所述二维形状到
Figure FDA0000382348420000032
中其它二维形状的距离，取各个距离的平均值为连接边阈值L1；
选择
Figure FDA0000382348420000033
中的任一二维形状，计算所述二维形状到
Figure FDA0000382348420000034
中其它二维形状的距离，取各个距离的平均值为连接边阈值L2。
3.根据权利要求1所述的基于用户启发的二维形状对应方法，其特征是，所述
Figure FDA0000382348420000035
为二维形状
Figure FDA0000382348420000036
的总弧长；所述
Figure FDA0000382348420000037
为原点到二维形状的重心形成的向量与正向x轴的夹角；
Figure FDA0000382348420000039
为二维形状
Figure FDA00003823484200000310
上的视觉显著性点的个数。
4.根据权利要求1所述的基于用户启发的二维形状对应方法，其特征是，所述
Figure FDA00003823484200000311
为二维形状
Figure FDA00003823484200000312
的总弧长；为原点到形状的重心形成的向量与正向x轴的夹角；
Figure FDA00003823484200000315
为形状上视觉显著性点的个数。
5.根据权利要求3或4所述的基于用户启发的二维形状对应方法，其特征是，所述显著性点包括曲率极值点和端点。
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