CN106127847B - 一种生成实时山水画特征线条以及适当渲染的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生成实时山水画特征线条以及适当渲染的方法，该方法至少包括如下步骤：步骤1：通过对地形的分析，得到实时的地形特征线，并着色显示。步骤2：通过对地形特征要素的分析，利用所得数据进行加工，增强地形特征线的效果并对图像进行适当渲染。本发明基于真实地形模拟山水画线条以及渲染效果，可实时提取山水画的特征线条，且基于栅格图像的特性，可得到水墨画的线条边缘仿真效果。本发明不仅效果逼真，而且生成效率高，本发明可应用于水墨数字动画的制作中，山体多变，且三维可视，提高了动画制作效率。

Description

一种生成实时山水画特征线条以及适当渲染的方法

技术领域

本发明涉及一种水墨画仿真方法，尤其涉及一种生成实时山水画特征线条以及适当渲染的方法。

背景技术

用计算机对不同风格的绘画艺术的仿真研究始于写实、追求真实感的西画的艺术品类，有些艺术品类如油画、水彩画，已经有了十几甚至几十年的发展过程。而中西绘画差异很大，从本质上决定了仿真方法和仿真技术的差别。1986年，Steve提出了对“笔刷、笔道、墨、纸”的仿真，拉开了水墨画仿真的序幕。

中国水墨画仿真的方法主要分为两类：一类是基于物理建模的仿真方法，另一类是面向艺术效果的非物理仿真方法。其中，基于物理建模的仿真方法主要是建立宣纸、笔以及墨水运动的模型，再去研究水墨画的成形，然而，这种模型大都用纸细胞间的连通度来模拟宣纸纤维分布的随机性，用曲线模拟每一根纤维，生成一系列随机曲线后逐一计算纤维束的交点，导致计算庞大而收效甚微。而面向艺术效果的仿真研究是从水墨效果的外观特征入手，针对不同的效果采用不同的仿真方法，但也会导致通用性不足、易于出现走样问题等。

现如今，水墨画的仿真主要是针对笔法和墨的扩散，来进行水墨的模拟，但是结果与实际地形相去甚远，也不够宏观。

发明内容

本发明的目的：提供一种生成实时山水画特征线条以及适当渲染的方法，根据实际地形而来，效果逼真。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种生成实时山水画特征线条以及适当渲染的方法，该方法至少包括如下步骤：

步骤1：通过对地形的分析，得到实时的地形特征线，并着色显示。

步骤2：通过对地形特征要素的分析，利用所得数据进行加工，增强地形特征线的效果并对图像进行适当渲染。

上述的生成实时山水画特征线条以及适当渲染的方法，其中，在所述的步骤1中，还包括如下分步骤：

步骤1.1：获取DEM：获得所需地区的数字高程模型。

步骤1.2：计算法向量：根据DEM，遍历每一个点，利用每一个点周围3个点确定的平面计算平面的法线向量，算作当前点的法线向量。

步骤1.3：得到山体特征线：每一个点的法线向量代表着这个点所在平面的指向，参照山体的旋转角度，选取指向当前山体两侧一定范围内的向量的点，进行着色，即可得到山的实时的特征线，同时也可以通过设置选取两侧点的角度阈值，对线条进行宽度和密度的改变。

上述的生成实时山水画特征线条以及适当渲染的方法，其中，在所述的步骤2中，还包括如下分步骤：

步骤2.1：求坡向：根据DEM数值，遍历每一个点，进行3*3窗口分析，利用三阶反距离平方权差分，求得每一个点的坡向值。

dz/dx＝((c+2f+i)-(a+2d+g)/(8*x_cell_size))

dz/dy＝((g+2h+i)-(a+2b+c)/(8*y_cell_size))

aspect＝57.29578*atan2([dz/dy],-[dz/dx])。

步骤2.2：求坡向的坡度slope：对DEM的坡向值求其坡度值A。

dz/dx＝((c+2f+i)-(a+2d+g)/(8*x_cell_size))

dz/dy＝((g+2h+i)-(a+2b+c)/(8*y_cell_size))

slope＝57.29578*atan([dz/dy]^2+[dz/dx]^2)。

步骤2.3：对DEM取反：用不小于DEM的最高值的值减去原有DEM。

步骤2.4：对反向的DEM重复步骤2和步骤3，得到反向DEM坡向的坡度值B。

步骤2.5：求地形坡向的变化率：利用计算式：(A+B-abs(A-B))/2，削减误差值，得到地形坡向的变化率，地形坡向的变化率较大的区域对应山体山脊山谷的区域，通过设定变化率的范围，模拟阴影区域。

步骤2.6：得到渲染部分：根据渲染线条密度的需求，设置阈值，所得结果对法线向量所得特征线进行渲染，完善国画的效果。

本发明基于真实地形模拟山水画线条以及渲染效果，可实时提取山水画的特征线条，且基于栅格图像的特性，可得到水墨画的线条边缘仿真效果。本发明不仅效果逼真，而且生成效率高，本发明可应用于水墨数字动画的制作中，山体多变，且三维可视，提高了动画制作效率。

附图说明

图1是本发明一种生成实时山水画特征线条以及适当渲染的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

请参见附图1所示，一种生成实时山水画特征线条以及适当渲染的方法，该方法至少包括如下步骤：

步骤1：通过对地形的分析，得到实时的地形特征线，并着色显示。

步骤2：通过对地形特征要素的分析，利用所得数据进行加工，增强地形特征线的效果并对图像进行适当渲染。

在所述的步骤1中，还包括如下分步骤：

步骤1.1：获取DEM：获得所需地区的数字高程模型(数字高程模型：DigitalElevation Model，简称DEM)，比例尺越大，效果越好。

步骤1.2：计算法向量：根据DEM，遍历每一个点，利用每一个点周围3个点确定的平面计算平面的法线向量，算作当前点的法线向量。

步骤1.3：得到山体特征线：每一个点的法线向量代表着这个点所在平面的指向，参照山体的旋转角度，选取指向当前山体两侧一定范围内的向量的点，进行着色，即可得到山的实时的特征线，同时也可以通过设置选取两侧点的角度阈值，对线条进行宽度和密度的改变。

在所述的步骤2中，还包括如下分步骤：

步骤2.1：求坡向：根据DEM数值，遍历每一个点，进行3*3窗口分析，利用三阶反距离平方权差分，求得每一个点的坡向值。

dz/dx＝((c+2f+i)-(a+2d+g)/(8*x_cell_size))

dz/dy＝((g+2h+i)-(a+2b+c)/(8*y_cell_size))

aspect＝57.29578*atan2([dz/dy],-[dz/dx])。

步骤2.2：求坡向的坡度slope：对DEM的坡向值求其坡度值A。

dz/dx＝((c+2f+i)-(a+2d+g)/(8*x_cell_size))

dz/dy＝((g+2h+i)-(a+2b+c)/(8*y_cell_size))

a	b	c
			d	e	f
g	h	i

slope＝57.29578*atan([dz/dy]^2+[dz/dx]^2)。

步骤2.3：对DEM取反：用不小于DEM的最高值的值减去原有DEM。

步骤2.4：对反向的DEM重复步骤2和步骤3，得到反向DEM坡向的坡度值B。

步骤2.5：求地形坡向的变化率：利用计算式：(A+B-abs(A-B))/2，削减误差值，得到地形坡向的变化率，地形坡向的变化率较大的区域对应山体山脊山谷的区域，通过设定这个值的范围，可以模拟阴影区域。

步骤2.6：得到渲染部分：根据渲染线条密度的需求，设置阈值，所得结果可以对法线向量所得特征线进行渲染，进一步完善国画的效果。

本发明换一个角度，从山体本身出发，通过对要描述地区的地形特征的分析，根据地形自动生成该地的山水画的特征线及适当渲染效果。获取地区的数字高程模型即可，根据数字高程模型，分析区域地形特征，利用提取的特征要素，设立阈值进行提取。

本发明根据实际地形提取山体特征线，仅仅利用数字高程模型进行分析，数据容易获得，可以进行大面积的水墨仿真，逼真、方便而又快捷；巧妙利用栅格图像的显示特点，可模拟水墨线条边缘的参差感；利用不同的地形特征要素，可获得山体凸起或凹陷的区域，模拟为阴影区，可更加形象逼真地模拟山水画的效果；方面快捷和高效的处理方式，可让山水的模拟走向大众，可更加广泛应用于动画中。

在步骤2中，提取的结果可以对图像进行水墨渲染的同时，也可以单独提取山体的特征线，所得结果精确，但提取之后即为固定的特征线，难以随视角变换而变换。

综上所述，本发明基于真实地形模拟山水画线条以及渲染效果，可实时提取山水画的特征线条，且基于栅格图像的特性，可得到水墨画的线条边缘仿真效果。本发明不仅效果逼真，而且生成效率高，本发明可应用于水墨数字动画的制作中，山体多变，且三维可视，提高了动画制作效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种生成实时山水画特征线条以及适当渲染的方法，其特征在于：该方法至少包括如下步骤：

步骤1：通过对地形的分析，得到实时的地形特征线，并着色显示；步骤1至少包括如下分步骤：

步骤1.1：获取DEM：获得所需地区的数字高程模型；

步骤1.2：计算法线向量：根据DEM，遍历每一个点，利用每一个点周围3个点确定的平面计算平面的法线向量，算作当前点的法线向量；

步骤1.3：得到山体特征线：每一个点的法线向量代表着这个点所在平面的指向，参照山体的旋转角度，选取指向当前山体两侧一定范围内的向量的点，进行着色，即可得到山的实时的特征线，同时也可以通过设置选取两侧点的角度阈值，对线条进行宽度和密度的改变；

步骤2：通过对地形特征要素的分析，利用所得数据进行加工，增强地形特征线的效果并对图像进行适当渲染；步骤2至少包括如下分步骤：

步骤2.1：求坡向：根据DEM数值，遍历每一个点，进行3×3窗口分析，利用三阶反距离平方权差分，求得每一个点的坡向值；

dz/dx＝((c+2f+i)-(a+2d+g)/(8*x_cell_size))

dz/dy＝((g+2h+i)-(a+2b+c)/(8*y_cell_size))

aspect＝57.29578*atan2([dz/dy],-[dz/dx])；

步骤2.2：求坡向的坡度slope：对DEM的坡向值求其坡度值A；

dz/dx＝((c+2f+i)-(a+2d+g)/(8*x_cell_size))

dz/dy＝((g+2h+i)-(a+2b+c)/(8*y_cell_size))

slope＝57.29578*atan([dz/dy]^2+[dz/dx]^2)；

步骤2.3：对DEM取反：用不小于DEM的最高值的值减去原有DEM；

步骤2.4：对反向的DEM重复步骤2.1和步骤2.2，得到反向DEM坡向的坡度值B；

步骤2.5：求地形坡向的变化率：利用计算式：(A+B-abs(A-B))/2，削减误差值，得到地形坡向的变化率，地形坡向的变化率较大的区域对应山体山脊山谷的区域，通过设定变化率的范围，模拟阴影区域；

步骤2.6：得到渲染部分：根据渲染线条密度的需求，设置阈值，所得结果对法线向量所得特征线进行渲染，完善国画的效果。