CN113034561B - 一种实现图像水波扩散特效的方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种实现图像水波扩散特效的方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

一种实现图像水波扩散特效的方法、装置及存储介质，其方法通过设置正弦波函数模拟水波纹的形状，结合高斯函数进一步模拟水波在扩散过程中的圆环波形部分，以及波纹接触障碍物后消失的部分，提高水波纹渲染的真实效果，在人工设置障碍物时，能够将水波纹与图像本身的属性更好的结合，提高特效的融合度；通过计算和模拟水波纹的折射效果，还原水波纹在扩散过程中的真实视觉，丰富图像的水波纹特效的维度，提高用户的真实体验。

Description

一种实现图像水波扩散特效的方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及图像识别领域，特别是涉及一种实现图像水波扩散特效的方法、装置及存储介质。
背景技术
得益于手持通讯设备的快速发展，基于移动终端的图像处理设备也越来越受到大众的欢迎；与此同时，用户对于图像处理设备添加的图像特效的真实感体验也愈发重视。
图像特效包括水波纹特效，水波纹特效表现为在原图中添加波纹的效果。传统的水波纹特效处理包括两种方式，其一是利用数学几何模型结合波的传播知识，模拟波纹效果；其二是将水花的视频与原图像进行叠加显示，实现添加水波纹特效的目的。但目前常用的两种水波纹特效添加方法都较为单一，难以渲染真实的水波纹扩散效果，包括波纹产生的折射、衍射以及衰减等现象；而且传统的水波纹特效添加难以与图像的属性很好的契合，只是简单的叠加，难以带来融合的特效体验，因此需要一种真实表现图像水波扩散特效的方法。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种实现图像水波扩散特效的方法、装置及存储介质，结构简单，使用方便。
一种实现图像水波扩散特效的方法，包括：
步骤1：获取原始图像，将原始图像作为初始水面的纹理图；
步骤2：获取原始图像中的每个像素点，对每个像素点赋予幅度值作为水波波纹的波动幅度；
步骤3：从原始图像中随机选取m组n*n的邻域窗口，将选取的邻域窗口作为障碍物；
步骤4：设置水波纹参数，包括水波初始点、波动强度、波动宽度、波纹速度以及衰减速度；
步骤5：基于高斯函数和正弦函数确定任一像素点的波纹幅度值；
步骤6：根据步骤5中得出的波纹幅度值，确定波纹在光照条件下由于折射产生的视觉偏移，计算波纹形变后的下一帧图像；
步骤7：重复步骤5-6，直至完成所有帧图像的计算，完成水波纹扩散特效的渲染，结束步骤。
进一步的，所述步骤3的邻域窗口中的像素点的幅度值始终为设定值或者规律变化，规律变化包括等比变化、等差值变化以及指数变化。
进一步的，所述步骤4中水波初始点P的坐标表示为(Cx,Cy)，任一像素点A(x,y)到水波初始点P的距离dis表示为：
Figure GDA0003802262720000021
所述波纹强度表示水波纹的振幅，波动宽度表示水波纹的波长，波纹速度表示水波纹扩散传播的快慢，衰减速度表示水波纹的振幅在扩散过程中变化速度；其中设置衰减系数用于计算和控制衰减速度，如下式所示：
Weaken＝clamp(k3dis,0,1)
其中Weaken表示衰减速度，clamp(x,0,1)表示区间限定函数，k3表示水波纹扩散的衰减系数。
进一步的，所述步骤5中波纹幅度值计算公式为：
Amplitude＝Weaken*k1*Gauss*sin(dis/k2)
其中k1、k2分别为设定的波纹强度和波动宽度；sin表示正弦函数；Gauss为高斯函数，具体为：
Figure GDA0003802262720000022
其中V表示波纹速度，T为水波纹扩散的时间。
进一步的，所述步骤6中视觉偏移的计算，首先选取任意一点Q，并在点Q附近采集两个不共线点的幅度值，组成两个方向向量，两个方向向量分别表示为up和right，对两个方向向量进行叉乘运算，获得视觉偏移后改点Q’的平面法线向量，然后根据Q’的平面法线向量和入射向量获取折射向量的视觉偏移量，包括X方向上的视觉偏移量OffsetX，以及Y方向上的视觉偏移量OffsetY，如下式所示：
Figure GDA0003802262720000023
Figure GDA0003802262720000024
其中Refraction.x、Refraction.y以及Refraction.z分别表示x、y以及z方向上的折射向量；OffsetX、OffsetY分别表示点Q在X、Y方向上的偏移量；depth表示水的深度。
进一步的，所述步骤5和步骤6的计算过程中，若波纹经过步骤3中设置的邻域窗口，则设置波纹幅度值为0，障碍物的视觉偏移量也为0。
进一步的，所述步骤2中对于原始图像赋予的幅度值均为0，原始图像表现为平静的水面。
一种实现图像水波扩散特效的装置，包括图像获取模块、幅度值运算模块、偏移量运算模块以及生成模块，其中：
图像获取模块，用于获取需要添加水波纹图像的原始图像；
幅度值运算模块，用于根据预设的波纹幅度值的运算公式，对图像中的像素点对应位置的波纹幅度值进行计算；
偏移量运算模块，用于根据幅度值确定波纹的视觉偏移量；
生成模块，用于将像素点根据计算的到的视觉偏移量进行偏移，获得完成渲染的帧图像。
进一步的，还包括窗口生成模块，所述窗口生成模块用于根据输入生成设定尺寸的邻域窗口，邻域窗口作为水波纹传动过程中的障碍物。
一种存储介质，存储介质上存储有水波纹图像的生成程序，当处理器执行时，使得处理器能够调用并执行上述的任一项所述的水波扩散特效的方法。
本发明的有益效果为：
通过正弦波模拟水波纹的形状，结合高斯函数进一步模拟水波在扩散过程中的圆环波形部分，以及波纹接触障碍物后消失的部分，提高水波纹渲染的真实效果，在人工设置障碍物时，能够将水波纹与图像本身的属性更好的结合，提高特效的融合度；
通过计算和模拟水波纹的折射效果，还原水波纹在扩散过程中的真实视觉，丰富图像的水波纹特效的维度，提高用户的真实体验；
在水波纹的折射计算时的两个方向向量，通过三维向量分别进行表达，能够在平面图像中更好的体现出具备立体视觉效果的水波纹；
通过综合模拟水的水波初始点、波动强度、波动宽度、波纹速度以及衰减速度等参数，设置衰减系数控制衰减速度，使水波纹的传动过程更贴合实际，还原视觉效果。
附图说明
图1为本发明实施例一的方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一：
如图1所示，一种实现图像水波扩散特效的方法，包括如下步骤：
步骤1：获取原始图像，将原始图像作为初始水面的纹理图；
步骤2：获取原始图像中的每个像素点，对每个像素点赋予幅度值作为水波波纹的波动幅度；
步骤3：从原始图像中随机或人工选取m组n*n的邻域窗口，将选取的邻域窗口作为障碍物；
步骤4：设置水波纹参数，包括水波初始点、波动强度、波动宽度、波纹速度以及衰减速度等；
步骤5：基于高斯函数和正弦函数确定任一像素点的波纹幅度值；
步骤6：根据步骤5中得出的波纹幅度值，确定波纹在光照条件下由于折射产生的视觉偏移，计算波纹形变后的下一帧图像；
步骤7：重复步骤5-6，直至完成所有帧图像的计算，完成水波纹扩散特效的渲染，结束步骤。
所述步骤2中对于原始图像赋予的幅度值均为0，此时原始图像表现为平静的水面。需要说明的是在一些其他实施方式中可以将原始图像中像素点设置为对应的幅度值，此时原始图像表现为水波纹传动过程中的某一状态。
所述步骤3中，在本例中邻域窗口的尺寸为5*5，并且设置每个邻域窗口中的像素点的幅度值始终为0，需要说明的是在一些其他实施方式中也可以设置邻域窗口中的像素点的幅度值为其他定值，或者设置邻域窗口中的幅度值按规律变化，其中规律变化包括等比变化、等差值变化以及指数变化等，实现更多的视觉效果。
所述步骤4中水波初始点P的坐标表示为(Cx,Cy)，任一像素点A(x,y)到水波初始点P的距离dis表示为：
Figure GDA0003802262720000051
所述波纹强度表示水波纹的振幅，波动宽度表示水波纹的波长，波纹速度表示水波纹扩散传播的快慢，衰减速度表示水波纹的振幅在扩散过程中变化速度。其中设置衰减系数用于计算和控制衰减速度，如下式所示：
Weaken＝clamp(k3dis,0,1)
其中Weaken表示衰减速度，clamp(x,0,1)表示区间限定函数，k3表示水波纹扩散的衰减系数。
所述步骤5中波纹幅度值计算公式为：
Amplitude＝Weaken*k1*Gauss*sin(dis/k2)
其中k1、k2分别为设定的波纹强度和波动宽度；sin表示正弦函数；Gauss为高斯函数，具体为：
Figure GDA0003802262720000052
其中V表示波纹速度，T为水波纹扩散的时间。
所述步骤6中由于折射现象产生的视觉偏移的计算，首先选取任意一点Q，并在点Q附近采集两个不共线点的幅度值，组成两个方向向量，两个方向向量分别表示为up和right，对两个方向向量进行叉乘运算，获得视觉偏移后改点Q’的平面法线向量，如下式所示：
up＝vec3(0,1,Amplitude1-Amplitude)
right＝vec3(1,0,Amplitude2-Amplitude)
normal＝cross(up,right)
其中，Amplitude为点Q通过步骤5中获取的波纹幅度值，Amplitude1、Amplitude2分别为点Q附近的两个不共线点的幅度值；normal表示改点Q’的平面法线向量；vec3表示三维向量，在本例中方向向量up和right均为三维向量，通过三维向量能够在平面图像中更好的体现出具备立体视觉效果的水波纹；cross()表示向量的叉积运算。
根据平面法线向量和入射向量获取折射向量的视觉偏移量，包括X方向上的视觉偏移量OffsetX，以及Y方向上的视觉偏移量OffsetY，如下式所示：
Figure GDA0003802262720000061
Figure GDA0003802262720000062
其中Refraction.x、Refraction.y以及Refraction.z分别表示x、y以及z方向上的折射向量；OffsetX、OffsetY分别表示点Q在X、Y方向上的偏移量；depth表示水的深度。
需要说明的是，在步骤5和步骤6的计算过程中，若波纹经过步骤3中设置的邻域窗口，则设置波纹幅度值为0，障碍物的视觉偏移量也为0。
在实施的过程中，通过正弦波模拟水波纹的形状，结合高斯函数进一步模拟水波在扩散过程中的圆环波形部分，以及波纹接触障碍物后消失的部分，提高水波纹渲染的真实效果，在人工设置障碍物时，能够将水波纹与图像本身的属性更好的结合，提高特效的融合度；通过计算和模拟水波纹的折射效果，还原水波纹在扩散过程中的真实视觉，丰富图像的水波纹特效的维度，提高用户的真实体验。
本发明还提供一种实现图像水波扩散特效的装置，包括图像获取模块、幅度值运算模块、偏移量运算模块以及生成模块。其中：
图像获取模块，用于获取需要添加水波纹图像的原始图像；
幅度值运算模块，用于根据预设的波纹幅度值的运算公式，对图像中的像素点对应位置的波纹幅度值进行计算；
偏移量运算模块，用于根据幅度值确定波纹的视觉偏移量；
生成模块，用于将像素点根据计算的到的视觉偏移量进行偏移，获得完成渲染的帧图像。
还包括窗口生成模块，所述窗口生成模块用于根据输入生成设定尺寸的邻域窗口，邻域窗口内的幅度值保持定值，在本例中为0，邻域窗口作为水波纹传动过程中遭遇的障碍物。
本发明还提供一种存储介质，存储介质上存储有水波纹图像的生成程序，在处理器执行时能够实现上述的水波扩散特效的方法步骤。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种实现图像水波扩散特效的方法，其特征在于，包括：
步骤1：获取原始图像，将原始图像作为初始水面的纹理图；
步骤2：获取原始图像中的每个像素点，对每个像素点赋予幅度值作为水波波纹的波动幅度；
步骤3：从原始图像中随机选取m组n*n的邻域窗口，将选取的邻域窗口作为障碍物；
步骤4：设置水波纹参数，包括水波初始点、波动强度、波动宽度、波纹速度以及衰减速度；
步骤4中水波初始点P的坐标表示为(Cx,Cy)，任一像素点A(x,y)到水波初始点P的距离dis表示为：
Figure RE-FDA0003802262710000011
波纹强度表示水波纹的振幅，波动宽度表示水波纹的波长，波纹速度表示水波纹扩散传播的快慢，衰减速度表示水波纹的振幅在扩散过程中变化速度；其中设置衰减系数用于计算和控制衰减速度，如下式所示：
Weaken＝clamp(k3dis,0,1)
其中Weaken表示衰减速度，clamp(x,0,1)表示区间限定函数，k3表示水波纹扩散的衰减系数；
步骤5：基于高斯函数和正弦函数确定任一像素点的波纹幅度值；
步骤5中波纹的幅度值计算公式为：
Amplitude＝Weaken*k1*Gauss*sin(dis/k2)
其中k1、k2分别为设定的波纹强度和波动宽度；sin表示正弦函数；Gauss为高斯函数，具体为：
Figure RE-FDA0003802262710000012
其中V表示波纹速度，T为水波纹扩散的时间；
步骤6：根据步骤5中得出的波纹幅度值，确定波纹在光照条件下由于折射产生的视觉偏移，计算波纹形变后的下一帧图像；
步骤6中视觉偏移的计算，首先选取任意一点Q，并在点Q附近采集两个不共线点的幅度值，组成两个方向向量，两个方向向量分别表示为up和right，对两个方向向量进行叉乘运算，获得视觉偏移后改点Q’的平面法线向量；然后根据Q’的平面法线向量和入射向量获取折射向量的视觉偏移量，包括X方向上的视觉偏移量OffsetX，以及Y方向上的视觉偏移量OffsetY，如下式所示：
Figure RE-FDA0003802262710000021
Figure RE-FDA0003802262710000022
其中Refraction.x、Refraction.y以及Refraction.z分别表示x、y以及z方向上的折射向量；OffsetX、OffsetY分别表示点Q在X、Y方向上的偏移量；depth表示水的深度；
步骤7：重复步骤5-6，直至完成所有帧图像的计算，完成水波纹扩散特效的渲染，结束步骤。
2.根据权利要求1所述的一种实现图像水波扩散特效的方法，其特征在于，所述步骤3的邻域窗口中的像素点的幅度值始终为设定值或者规律变化，规律变化包括等比变化、等差值变化以及指数变化。
3.根据权利要求1所述的一种实现图像水波扩散特效的方法，其特征在于，所述步骤5和步骤6的计算过程中，若波纹经过步骤3中设置的邻域窗口，则设置波纹的幅度值为0，障碍物的视觉偏移量也为0。
4.根据权利要求1所述的一种实现图像水波扩散特效的方法，其特征在于，所述步骤2中对于原始图像赋予的幅度值均为0，原始图像表现为平静的水面。
5.一种实现图像水波扩散特效的装置，其特征在于，包括图像获取模块、幅度值运算模块、偏移量运算模块以及生成模块，其中：
图像获取模块，用于获取需要添加水波纹图像的原始图像；
幅度值运算模块，用于根据预设的波纹的幅度值的运算公式，对图像中的像素点对应位置的波纹幅度值进行计算；
预设的波纹的幅度值的运算公式为：
Amplitude＝Weaken*k1*Gauss*sin(dis/k2)
其中k1、k2分别为设定的波纹强度和波动宽度；sin表示正弦函数；Gauss为高斯函数，具体为：
Figure RE-FDA0003802262710000023
其中V表示波纹速度，T为水波纹扩散的时间；
水波初始点P的坐标表示为(Cx,Cy)，任一像素点A(x,y)到水波初始点P的距离dis表示为：
Figure RE-FDA0003802262710000031
波纹强度表示水波纹的振幅，波动宽度表示水波纹的波长，波纹速度表示水波纹扩散传播的快慢，衰减速度表示水波纹的振幅在扩散过程中变化速度；
其中设置衰减系数用于计算和控制衰减速度，如下式所示：
Weaken＝clamp(k3dis,0,1)
其中Weaken表示衰减速度，clamp(x,0,1)表示区间限定函数，k3表示水波纹扩散的衰减系数；
偏移量运算模块，用于根据幅度值确定波纹的视觉偏移量；
视觉偏移的计算，首先选取任意一点Q，并在点Q附近采集两个不共线点的幅度值，组成两个方向向量，两个方向向量分别表示为up和right，对两个方向向量进行叉乘运算，获得视觉偏移后改点Q’的平面法线向量；然后根据Q’的平面法线向量和入射向量获取折射向量的视觉偏移量，包括X方向上的视觉偏移量OffsetX，以及Y方向上的视觉偏移量OffsetY，如下式所示：
Figure RE-FDA0003802262710000032
Figure RE-FDA0003802262710000033
其中Refraction.x、Refraction.y以及Refraction.z分别表示x、y以及z方向上的折射向量；OffsetX、OffsetY分别表示点Q在X、Y方向上的偏移量；depth表示水的深度；
生成模块，用于将像素点根据计算的到的视觉偏移量进行偏移，获得完成渲染的帧图像。
6.根据权利要求5所述的一种实现图像水波扩散特效的装置，其特征在于，还包括窗口生成模块，所述窗口生成模块用于根据输入生成设定尺寸的邻域窗口，邻域窗口作为水波纹传动过程中的障碍物。
7.一种存储介质，其特征在于，存储介质上存储有水波纹图像的生成程序，当处理器执行时，使得处理器能够调用并执行权利要求1-4任一项所述的水波扩散特效的方法。
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