一种保结构的二维形状内插方法技术

本发明专利技术公开了一种保结构的二维形状内插方法，本发明专利技术的计算机中设有两个分别称为“源形状”和“目标形状”二维形状；首先，引入一种简单的结构来表示源形状中相邻线条之间的空间布局关系，称该结构为“源空间框架”；类似地，通过相似的结构来表示目标形状中相邻线条之间的空间布局关系，称该结构为“目标空间框架”。然后，通过插值源空间框架到目标空间框架，最终实现源形状到目标形状的自然过渡。本发明专利技术具有不仅能够保持单条线条上的显著性几何特征，并且能够保持相邻线条之间的空间结构关系，从而能够在过渡形状序列中保持源和目标形状的语义特征，最终生成“视觉美观的”形状过渡序列的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种保结构的二维形状内插方法
本专利技术涉及二维动画
，特别是涉及一种能够保持形状特征语义的保结构的二维形状内插方法。
技术介绍
随着数字媒体技术的发展，产生了诸多的数字娱乐应用，如电影、网络、游戏等。二维动画是这些应用中的一个重要内容。因此，为了进一步推动并普及这些应用，需要设计并提供相应的工具，以让用户能够直观快速地制作想要的二维动画。二维形状内插是计算机动画领域中的一项重要技术。给定对象的任意二个相邻关键姿势的形状(称为源形状和目标形状)，该技术通过自动生成源形状到目标形状的过渡序列，从而得到关键姿势之间的中间姿势，进而制作出相应的动画序列。在二维形状内插技术中，一种直接的方法是通过线性或者非线性地插值源和目标形状之间对应顶点的位置，来生成形状之间的过渡序列。但是，由于该方法没有考虑形状上的几何属性，当源和目标形状之间存在较大的旋转运动变化时，由该方法生成的形状过渡序列常会发生较大的全局或者局部扭曲。为了解决该问题，研究人员提出了边角插值方法，该方法通过插值源和目标形状上对应顶点的角度和对应边的长度，来最小化形状的扭曲，从而生成视觉真实的形状过渡。但是，上述方法难以在二维卡通动画的插值过程中保持形状的特征语义。中国专利授权公开号：CN101441772，授权公开日2009年5月27日，公开了一种三维辅助的二维图形绘制方法，步骤包括：步骤一、读入三维模型，获取三维模型的顶点的法向量、顶点的主曲率、顶点的高斯曲率和顶点的主曲率方向；步骤二、将所述三维模型安放在三维空间中，允许对所述三维模型的位置进行平移和旋转，用户可以方便的确定所述三维模型之间的空间位置关系及视角，并将所述三维模型投影在二维动画场景中；步骤三、绘制所述三维模型的边缘轮廓线；步骤四、获取与视点相关的特征线；步骤五、对步骤四所述与视点相关的特征线进行绘制。该专利技术的不足之处是，难以在二维卡通动画的插值过程中保持形状的特征语义。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是为了克服现有的二维形状内插技术难以在插值过程中保持形状特征语义的不足，提供了一种能够保持形状特征语义的保结构二维形状内插方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种保结构的二维形状内插方法，包括两个存储于计算机中的分别由线条组合构成的源形状和目标形状，源形状和目标形状均为二维形状；在源形状和目标形状之间插值生成过渡形状包括如下步骤：(1-1)构造源空间框架和与源空间框架相对应的目标空间框架：在计算机中设定为源形状和目标形状中对应线条的集合，为源形状中的线条，为目标形状中与对应的线条，i为源形状和目标形状中线条的序号；(1-1-1)对任意一对对应线条计算机分别抽取和上的对应视觉显著性点，这些视觉显著性点分别将和分割成若干对对应的子线条；顺序连接和上的视觉显著性点，得到两个线条框架，它们的顶点和边一一对应，并且每对对应边与和上的一对对应子线条相关联；(1-1-2)计算机将源形状的线条框架组合在一起，得到源空间框架；将目标形状的线条框架组合在一起，得到目标空间框架；在计算机中设定为源形状和目标形状中对应线条框架的集合，并设定一个线条框架的距离阈值为W；当任意两组对应的线条框架和之间的距离小于阈值W，则分别在和之间以及和之间放入一对对应的连接线段；(1-2)设定源和目标形状分别对应插值时刻在0和1时的形状，则在0到1之间的任意插值时刻t，如下生成源和目标形状之间的过渡形状：(1-2-1)计算机利用边角插值方法，获得源和目标形状中每一对对应子线条之间在插值时刻t的过渡子线条；(1-2-2)构造位于源空间框架和目标空间框架之间的过渡空间框架：设定为源空间框架和目标空间框架中对应边的集合，其中，为源空间框架中的边，为目标空间框架中的边，{i，j}为边中顶点的序号；计算机通过线性插值方法插值上述对应边的长度和朝向，获得在插值时刻t的过渡空间框架中边的集合其中，α为从边到边的旋转角度，Rtα为在xy平面中旋转tα角度所对应的旋转矩阵，l1和l2分别为边和的长度；计算机通过最小化能量方程把E(t)中的所有边组合在一起，即得到在插值时刻t的过渡空间框架中顶点的位置：(1-2-3)计算机将同一线条上的过渡子线条组合在一起，得到在插值时刻t的过渡形状：设定一条具有n条过渡子线条的线条，令Ek＝{e{i，j}}为其第k条过渡子线条上边的集合，首先固定每条过渡子线条端点的位置为(1-2-2)步骤中所获得的过渡空间框架中对应顶点的位置，然后通过最小化能量方程得到线条上所有顶点的最终位置P＝{pi}，把各个顶点连接起来，即得到该过渡线条的最终形状；把所有过渡线条组合在一起，得到源和目标形状之间在插值时刻t的过渡形状。本专利技术的计算机中设有两个分别称为“源形状”和“目标形状”二维形状；首先，引入一种简单的结构来表示源形状中相邻线条之间的空间布局关系，称该结构为“源空间框架”；类似地，通过相似的结构来表示目标形状中相邻线条之间的空间布局关系，称该结构为“目标空间框架”。然后，通过插值源空间框架到目标空间框架，最终实现源形状到目标形状的自然过渡。在形状的过渡过程中，本专利技术的方法不仅能够保持单条线条上的显著性几何特征，并且能够保持相邻线条之间的空间结构关系，从而保证产生“视觉美观的”形状过渡序列；本专利技术有效地解决了二维形状之间的内插问题，可以自动地产生视觉真实的二维形状之间的过渡效果。与已有的二维形状插值方法相比，本专利技术引入了一种空间框架来表示形状中相邻线条之间的空间布局关系；不仅能够保持单条线条上的显著性几何特征，并且能够保持相邻线条之间的空间结构关系，从而能够在过渡形状序列中保持源和目标形状的语义特征，最终生成“视觉美观的”形状过渡序列(如图2所示)；本专利技术的方法进一步增强了二维形状内插方法的实用性。作为优选，步骤(1-1-2)中还包括如下步骤：计算机通过取线条框架之间顶点的最小距离计算出线条框架和之间的距离和线条框架和之间的距离，取两者的最小值为两组对应的线条框架和之间的距离。作为优选，所述视觉显著性点利用如下方法设定：对于两条线条之间的任一对对应顶点，如果其中之一是曲率极值点或者是线条的端点，则将该对对应顶点作为一对视觉显著性点。作为优选，所述线条框架的距离阈值W为23至28个像素。作为优选，所述连接线段的两个端点分别为两个线条框架上距离最近的两个顶点。因此，本专利技术具有如下有益效果：(1)不仅能够保持单条线条上的显著性几何特征，并且能够保持相邻线条之间的空间结构关系，从而能够在过渡形状序列中保持源和目标形状的语义特征，最终生成“视觉美观的”形状过渡序列；(2)增强了二维形状内插方法的实用性。附图说明图1是基于边角插值的形状内插结果示意图；图2是本专利技术的保结构的二维形状内插方法的插值结果示意图；图3是本专利技术的空间框架的插值结果示意图；图4是本专利技术的实施例的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。如图2、图3所示的实施例是一种保结构的二维形状内插方法，包括两个存储于计算机中的分别由线条组合构成的源形状和目标形状，源形状和目标形状均为二维形状；在源形状和目标形状之间插入过渡形状包括如下步骤：如图4所示，步骤100，构造源空间框架和与源空间框架相对应的目标空间框架：在计算机中设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保结构的二维形状内插方法，包括两个存储于计算机中的分别由线条组合构成的源形状和目标形状，源形状和目标形状均为二维形状；其特征是，在源形状和目标形状之间插值生成过渡形状包括如下步骤：(1‑1)构造源空间框架和与源空间框架相对应的目标空间框架：在计算机中设定为源形状和目标形状中对应线条的集合，为源形状中的线条，为目标形状中与对应的线条，i为源形状和目标形状中线条的序号；(1‑1‑1)对任意一对对应线条计算机分别抽取和上的对应视觉显著性点，这些视觉显著性点分别将和分割成若干对对应的子线条；顺序连接和上的视觉显著性点，得到两个线条框架，它们的顶点和边一一对应，并且每对对应边与和上的一对对应子线条相关联；(1‑1‑2)计算机将源形状的线条框架组合在一起，得到源空间框架；将目标形状的线条框架组合在一起，得到目标空间框架；在计算机中设定为源形状和目标形状中对应线条框架的集合，并设定一个线条框架的距离阈值为W；当任意两组对应的线条框架和之间的距离小于阈值W，则分别在之间以及和之间放入一对对应的连接线段；(1‑2)设定源和目标形状分别对应插值时刻在0和1时的形状，则在0到1之间的任意插值时刻t，如下生成源和目标形状之间的过渡形状：(1‑2‑1)计算机利用边角插值方法，获得源和目标形状中每一对对应子线条之间在插值时刻t的过渡子线条；(1‑2‑2)构造位于源空间框架和目标空间框架之间的过渡空间框架：设定为源空间框架和目标空间框架中对应边的集合，其中，为源空间框架中的边，为目标空间框架中的边，{i，j}为边中顶点的序号；计算机通过线性插值方法插值上述对应边的长度和朝向，获得在插值时刻t的过渡空间框架中边的集合其中，α为从边到边的旋转角度，Rtα为在xy平面中旋转tα角度所对应的旋转矩阵，l1和l2分别为边和的长度；计算机通过最小化能量方程把E(t)中的所有边组合在一起，即得到在插值时刻t的过渡空间框架中顶点的位置：V(t)={vit};]]>(1‑2‑3)计算机将同一线条上的过渡子线条组合在一起，得到在插值时刻t的过渡形状：设定一条具有n条过渡子线条的线条，令Ek＝{e{i，j}}为其第k条过渡子线条上边的集合，首先固定每条过渡子线条端点的位置为(1‑2‑2)步骤中所获得的过渡空间框架中对应顶点的位置，然后通过最小化能量方程得到线条上所有顶点的最终位置P＝{pi}，把各个顶点连接起来，即得到该过渡线条的最终形状；把所有过渡线条组合在一起，得到源和目标形状之间在插值时刻t的过渡形状。...

【技术特征摘要】
1.一种保结构的二维形状内插方法，包括两个存储于计算机中的分别由线条组合构成的源形状和目标形状，源形状和目标形状均为二维形状；其特征是，在源形状和目标形状之间插值生成过渡形状包括如下步骤：(1-1)构造源空间框架和与源空间框架相对应的目标空间框架：在计算机中设定为源形状和目标形状中对应线条的集合，为源形状中的线条，为目标形状中与对应的线条，i为源形状和目标形状中线条的序号；(1-1-1)对任意一对对应线条计算机分别抽取和上的对应视觉显著性点，这些视觉显著性点分别将和分割成若干对对应的子线条；顺序连接和上的视觉显著性点，得到两个线条框架，它们的顶点和边一一对应，并且每对对应边与和上的一对对应子线条相关联；(1-1-2)计算机将源形状的线条框架组合在一起，得到源空间框架；将目标形状的线条框架组合在一起，得到目标空间框架；在计算机中设定为源形状和目标形状中对应线条框架的集合，并设定一个线条框架的距离阈值为W；当任意两组对应的线条框架和之间的距离小于阈值W，则分别在之间以及和之间放入一对对应的连接线段；(1-2)设定源和目标形状分别对应插值时刻在0和1时的形状，则在0到1之间的任意插值时刻t，如下生成源和目标形状之间的过渡形状：(1-2-1)计算机利用边角插值方法，获得源和目标形状中每一对对应子线条之间在插值时刻t的过渡子线条；(1-2-2)构造位于源空间框架和目标空间框架之间的过渡空间框架：设定为源空间框架和目标空间框架中对应边的集合，其中，为源空间框架中的边，为目标空间框架中的边，{i，j}为边中顶点的序号；计算机通过线性插值方法插值上述对应边的长度和朝向，获得在插值时刻t的过渡...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文武，寇旺斌，王国征，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33