專利名稱：：基于水流結(jié)構(gòu)圖的中國水墨動(dòng)畫自動(dòng)生成的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于視頻處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種利用真實(shí)流體視頻的基于水流結(jié)構(gòu)圖的中國水墨動(dòng)畫自動(dòng)生成的方法。
背景技術(shù)：
：山水畫與人物畫、花鳥畫一起構(gòu)成中國水墨畫的三大畫科，是一種表現(xiàn)山川之妙并能為人類尋求某種精神寄托的寫意畫種。它以描繪山河自然景物為主體，在藝術(shù)表現(xiàn)上不求寫實(shí)，講究意境與神韻。水墨畫風(fēng)格多樣，筆墨技法種類繁多，但少有動(dòng)畫形式。水墨動(dòng)畫從I960年誕生至今，我國只生產(chǎn)出了五部。因?yàn)榕囊徊克珓?dòng)畫片需要人力、物力、財(cái)力的投入非常大，周期也非常長，但隨著電腦技術(shù)的介入，研究人員開始用計(jì)算機(jī)模擬水墨動(dòng)畫，已有所突破，特別是在利用三維技術(shù)做平面的水墨動(dòng)畫。水墨動(dòng)畫的現(xiàn)在和將來，都充滿了創(chuàng)作的空間。水墨效果的非真實(shí)感繪制的研究大都集中在對(duì)水、墨、紙、筆的物理模擬，在我國大陸主要是天津大學(xué)基于物理建模的水墨畫擴(kuò)散效果仿真(2005)，香港科技大學(xué)的Real-TimePaintingwithanExpressiveVirtualChineseBrush(2004)，在國外也有人研究毛筆(毛刷hairybrush)的物理模擬。另外三維模型的水墨渲染也是近期研究的熱點(diǎn)，如浙江大學(xué)的工作?；谖锢斫５乃Ч钦鎸?shí)感繪制能較好的把握水墨畫的特征，適于創(chuàng)作一些簡單的水墨畫或書法作品，在創(chuàng)作水墨動(dòng)畫方面同樣面臨投入大，效率低的問題，不適合做水墨動(dòng)畫。三維模型的水墨渲染雖然可以創(chuàng)作水墨動(dòng)畫，但是需要?jiǎng)?chuàng)作三維模型，如果需要生成一個(gè)真實(shí)自然場(chǎng)景的水墨動(dòng)畫，模型的創(chuàng)建會(huì)非常困難，水墨動(dòng)畫的細(xì)節(jié)無法達(dá)到要求。事實(shí)上，水墨動(dòng)畫中表現(xiàn)真實(shí)自然場(chǎng)景，尤其是對(duì)山水、河流、瀑布的渲染占了很大的比例，特別是一些比較著名的自然風(fēng)光。而這些場(chǎng)景往往有較多的視頻和影視作品，如果能將這里視頻和影視作品利用到水墨動(dòng)畫的制作中，可以大大減少水墨動(dòng)畫制作的成本。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，在己有的方法中，創(chuàng)作水墨動(dòng)畫方面，面臨著投入大，效率低的問題，而三維模型的水墨渲染雖可創(chuàng)作水墨動(dòng)畫，但模型創(chuàng)建會(huì)非常困難，為了克服這些不足之處，就需要尋求一種新的方法，本發(fā)明的目的，就是提供一種基于水流結(jié)構(gòu)圖的中國水墨動(dòng)畫自動(dòng)生成的方法，它實(shí)為一種利用真實(shí)流體視頻的作法，能夠參考和利用真實(shí)的瀑布、河流等流體視頻的水流結(jié)構(gòu)圖，自動(dòng)地生成原視頻場(chǎng)景的水墨動(dòng)畫。為解決上述技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的技術(shù)方案是一種基于水流結(jié)構(gòu)圖的中國水墨動(dòng)畫自動(dòng)生成的方法，其特征在于該方法包括如下步驟:a.抽取現(xiàn)有水墨動(dòng)畫的水墨線條；b.統(tǒng)計(jì)水流水墨筆畫的參數(shù)；c.多種風(fēng)格水墨線條模板庫的建立；與步驟C，"輸入基于真實(shí)視頻的水流結(jié)構(gòu)圖"一同進(jìn)入下步驟；d.多種風(fēng)格水墨筆畫的繪制；e.合成背景，將水流的水墨線條與處理后的水墨風(fēng)格背景融合到一起，輸出水墨動(dòng)畫結(jié)果視頻；f.恢復(fù)原視頻視角變換，得到與原視頻角相同的水墨風(fēng)格畫視頻；g.輸出水墨動(dòng)畫視頻。所述水墨線條模板庫的建立通過分析學(xué)習(xí)已有的水墨畫、水墨動(dòng)畫，以長度、寬度、透明度、淡入淡出比例特征，抽取現(xiàn)有水墨動(dòng)畫中的水流水墨筆畫線條，并統(tǒng)計(jì)各個(gè)模版線條各特征的最大、最小和平均值。通過統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有水墨動(dòng)畫線條的信息建立水墨線條模板庫，并用帶隨機(jī)參數(shù)的樣條曲線模擬生成不同風(fēng)格的水墨線條。水墨筆畫的渲染步驟從水墨線條模版庫中挑選適當(dāng)風(fēng)格的線條，將其布置在水流區(qū)域上，布置時(shí)遵循水墨畫風(fēng)格的一些規(guī)律，以水流結(jié)構(gòu)圖作為參考。背景的融合和水墨動(dòng)畫的輸出步驟將原視頻的背景水墨風(fēng)格化，再將生成的水流線條融和到這一背景中，最后恢復(fù)原視頻的視角變換，得到原視頻的水墨風(fēng)格動(dòng)畫視頻。在上述方法中，可以使用以基數(shù)樣條曲線為骨架、帶有隨機(jī)參數(shù)的水墨筆畫線條建立模型。在上述筆畫線條建模方法中，可以以水流結(jié)構(gòu)圖為參考，將水流線條截?cái)酁樗P畫線條，并通過運(yùn)動(dòng)約束使得生成的動(dòng)畫保持時(shí)間上的連續(xù)性，以達(dá)成一種符合水墨畫藝術(shù)風(fēng)格的筆畫分布。本發(fā)明的有益效果是，利用本發(fā)明得到與原視頻對(duì)應(yīng)的水墨風(fēng)格動(dòng)畫視頻，可以看出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中水流筆畫，符合畫家作畫的規(guī)則，可以模擬畫家描繪改視頻場(chǎng)景而得到的水墨動(dòng)畫效果。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖l為本發(fā)明的算法流程圖。圖2為本發(fā)明對(duì)水墨筆畫的建模的示意圖。具體實(shí)施方式參照?qǐng)D1表示本發(fā)明基于水流結(jié)構(gòu)圖的中國水墨動(dòng)畫的自動(dòng)生成的方法流程圖。該流程圖包括7個(gè)步驟，其中步驟c'是輸入數(shù)據(jù)為一個(gè)真實(shí)的河流或瀑布視頻的水流結(jié)構(gòu)圖14;流程開始時(shí)，步驟a先抽取現(xiàn)有水墨動(dòng)畫中的水流水墨筆畫線條ll;步驟b及c通過統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有水墨動(dòng)畫線條的參數(shù)信息12，建立水墨線條模板庫13，并用帶隨機(jī)參數(shù)的樣條曲線模擬生成各種風(fēng)格的水墨線條；然后從水墨線條模版庫中挑選適當(dāng)風(fēng)格的線條，將其布置在水流區(qū)域上，布置時(shí)遵循水墨畫風(fēng)格的一些規(guī)律，以水流結(jié)構(gòu)圖作為參考，進(jìn)行步驟d多種風(fēng)格水墨筆畫的繪制15;再將原視頻的背景水墨風(fēng)格化，將生成的水流線條融和到這一背景中16，步驟e合成背景；步驟f恢復(fù)原視頻的視角變換17;步驟g得到原視頻的水墨風(fēng)格動(dòng)畫視頻18。下述表格為本發(fā)明中建立的水墨筆畫模版庫特征統(tǒng)計(jì)示意表。本發(fā)明從自建的水墨筆畫線條庫中選取不同繪畫風(fēng)格的筆畫線條，來滿足用戶生成不同風(fēng)格水墨動(dòng)畫的要求，其中的水墨筆畫線條庫是通過學(xué)習(xí)不同種真實(shí)水墨畫/水墨動(dòng)畫作品來獲得的。本發(fā)明接受水墨畫家的建議，在分析水流結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上，將水墨筆畫布置到水流區(qū)域中，并保證了水墨筆畫主要布置在水流變化較大的地方，而在水流變化較小的地方水墨筆畫較少，這是一種符合水墨畫風(fēng)格的布置方法，并通過運(yùn)動(dòng)約束使得生成的動(dòng)畫保持時(shí)間上的連續(xù)性。本發(fā)明從以往的水墨藝術(shù)作品中手工提取水流的筆畫線條，測(cè)量這些筆畫線條的長度、寬度、透明度、淡入淡出比例等特征，然后按照這些筆畫線條的對(duì)不同風(fēng)格進(jìn)行分類，從而建立一個(gè)包含不同風(fēng)格水墨筆畫的模版庫，并統(tǒng)計(jì)各個(gè)模版線條各特征的最大、最小和平均值，如下表所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1水墨筆畫的模版庫特征統(tǒng)計(jì)示參照?qǐng)D2表示本發(fā)明對(duì)水墨筆畫的建模的示意圖。在圖中水墨筆畫表示為一個(gè)條帶其中W")為筆畫的基數(shù)樣條曲線骨架(a)，w(")是筆畫的寬度(b),o(")為筆畫橫截面上骨架在法向上的擾動(dòng)，《(")為筆畫橫截面上透明度的分布(c)。從而筆畫上每一點(diǎn)的值可如下計(jì)算其中ve[-1,1]且々(")為p(")法向，w,(")為一個(gè)隨機(jī)的寬度擾動(dòng)(b)。為達(dá)到筆畫的效果，令橫截面上的透明度為a(",v)-a(")》(v),》(v)如下W(x)為如下高斯函數(shù):竭,(-9x2/2)(C)。(d)(e)為筆畫的淡入淡出示意，為達(dá)到這種效果，可以簡單得讓透明度沿淡出方向線性衰減。本發(fā)明中水墨筆畫布置方法如下。水墨筆畫的亮度取決于原視頻中像素點(diǎn)的亮度，水墨筆畫的分布在水流結(jié)構(gòu)圖的水流線條上，其風(fēng)格由從庫中選擇的模版決定。具體實(shí)施辦法為，首先確定該線條應(yīng)該選用模板庫中的哪一種風(fēng)格的模板線條，這可以由用戶決定(視用戶喜好某個(gè)風(fēng)格或某個(gè)畫家而定)，也可由水流結(jié)構(gòu)圖水流速度和混亂程度而定，如緩慢水流區(qū)域用粗而淡的線條，湍急水流區(qū)域用細(xì)長快速的線條。然后，線條的具體參數(shù)如長度、寬度、透明度、淡入淡出比例由該模板線條的各特征的最大、最小和平均值而定。使線條的各特征為最大最小值之間的隨機(jī)數(shù)，從而既滿足繪畫的隨機(jī)性，又滿足要求的筆畫風(fēng)格，使生成的筆畫更為逼真。視頻時(shí)間上的一致性由水墨筆畫從一幀到下一幀的信息傳遞保證，實(shí)施方法為將以上的水墨筆畫條帶函數(shù)C(")變?yōu)橐粋€(gè)跟時(shí)間有關(guān)的函數(shù)C("力，當(dāng)t增加l的時(shí)候，另C("力延水流結(jié)構(gòu)圖中的水流方向移動(dòng)，移動(dòng)的距離為改點(diǎn)水流速度。最后可選擇、比較圖片，對(duì)于已有的圖片風(fēng)格化方法將原視頻的背景水墨風(fēng)格化，再將生成的水流水墨筆畫融和到這一背景中，最后恢復(fù)原視頻的視角變換，得到與原視頻對(duì)應(yīng)的水墨風(fēng)格動(dòng)畫視頻。比較原水流視頻和本發(fā)明生成的對(duì)應(yīng)的水墨動(dòng)畫，可以看出本發(fā)明的結(jié)果中水流筆畫符合畫家作畫的規(guī)律，且與原視頻水流結(jié)構(gòu)相同，基本可以模擬畫家描繪改視頻場(chǎng)景而得到的水墨動(dòng)畫效果。=(p(")，w("),o(")，<5(Ji)—v〉+〗〉)otherwise權(quán)利要求1.一種基于水流結(jié)構(gòu)圖的中國水墨動(dòng)畫自動(dòng)生成的方法，其特征在于該方法包括如下步驟a.抽取現(xiàn)有水墨動(dòng)畫的水墨線條；b.統(tǒng)計(jì)水流水墨筆畫的參數(shù)；c.多種風(fēng)格水墨線條模板庫的建立；與步驟c’“輸入基于真實(shí)視頻的水流結(jié)構(gòu)圖”一同進(jìn)入下步驟；d.多種風(fēng)格水墨筆畫的繪制；e.合成背景，將水流的水墨線條與處理后的水墨風(fēng)格背景融合到一起，輸出水墨動(dòng)畫結(jié)果視頻；f.恢復(fù)原視頻視角變換，得到與原視頻角相同的水墨風(fēng)格畫視頻；g.輸出水墨動(dòng)畫視頻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水流結(jié)構(gòu)圖的中國水墨動(dòng)畫自動(dòng)生成的方法，其特征在于所述水墨線條模板庫的建立，以長度、寬度、透明度、淡入淡出比例特征，抽取現(xiàn)有水墨動(dòng)畫中的水流水墨筆畫線條，統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有水墨動(dòng)畫線條的信息建立水墨線條模板庫。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水流結(jié)構(gòu)圖的中國水墨動(dòng)畫自動(dòng)生成的方法，其特征在于使用以基數(shù)樣條曲線為骨架、帶有隨機(jī)參數(shù)的水墨筆畫線條建立模型。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水流結(jié)構(gòu)圖的中國水墨動(dòng)畫自動(dòng)生成的方法，其特征在于以水流結(jié)構(gòu)圖為參考，將水流線條截?cái)酁樗P畫線條，并通過運(yùn)動(dòng)約束使得生成的動(dòng)畫保持時(shí)間上的連續(xù)性。全文摘要基于水流結(jié)構(gòu)圖的中國水墨動(dòng)畫自動(dòng)生成的方法，屬于視頻處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，該方法包括如下步驟a.抽取現(xiàn)有水墨動(dòng)畫的水墨線條；b.統(tǒng)計(jì)水流水墨筆畫的參數(shù)；c.多種風(fēng)格水墨線條模板庫的建立；與步驟c’“輸入基于真實(shí)視頻的水流結(jié)構(gòu)圖”一同進(jìn)入下步驟；d.多種風(fēng)格水墨筆畫的繪制；e.合成背景，將水流的水墨線條與處理后的水墨風(fēng)格背景融合到一起，輸出水墨動(dòng)畫結(jié)果視頻；f.恢復(fù)原視頻視角變換，得到與原視頻角相同的水墨風(fēng)格畫視頻；g.輸出水墨動(dòng)畫視頻。本方法利用本發(fā)明得到與原視頻對(duì)應(yīng)的水墨風(fēng)格動(dòng)畫視頻，可以看出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中水流筆畫，符合畫家作畫的規(guī)則，可以模擬畫家描繪改視頻場(chǎng)景而得到的水墨動(dòng)畫效果。文檔編號(hào)G06T15/10GK101329770SQ200810114120公開日2008年12月24日申請(qǐng)日期2008年5月30日優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日發(fā)明者張一飛,張松海,胡事民,韜陳申請(qǐng)人:清華大學(xué)