[發(fā)明專利]一種基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310734151.5
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103745492A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈?qū)W如;張寶印;張韶華;郭連惠
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇如意通動漫產(chǎn)業(yè)有限公司
• 主分類號: G06T13/80
• 分類號: G06T13/80
• 代理公司: 蘇州廣正知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32234
• 代理人: 張漢欽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光線跟蹤算法領(lǐng)域，具體涉及一種基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法。

背景技術(shù)

二維動畫中的陰影分為外陰影和內(nèi)陰影兩種，其中外陰影是指在光線照射情況下，造型實體在地面或墻壁上的投影，這種陰影能有效地表示圖形實體在空間中的位置，以及和其他實體之間的相互關(guān)系，在三維圖形處理中得到大量的應(yīng)用；內(nèi)陰影則是指在光線照射條件下，造型實體背光方向所形成的陰暗面，這種陰影能夠體現(xiàn)出光源照射的方向以及圖形實體的景深信息，在二維圖形處理中應(yīng)用廣泛。當(dāng)前在計算機圖形學(xué)領(lǐng)域，對外陰影的研究非常廣泛，集中于三維圖形領(lǐng)域，成果也很多，但在二維圖形領(lǐng)域則研究較少；內(nèi)陰影方面則一直都是二維圖形處理過程中的難點問題，國內(nèi)外相關(guān)的研究也很少，在二維動畫制作過程中也只能通過手繪來完成，因此為了減少工作量，降低成本，國內(nèi)動畫制作人員都采取了規(guī)避陰影的做法，即在動畫作品中不進行陰影處理，這不可避免地造成了畫面沒有層次感、視覺效果差的結(jié)果。

當(dāng)前，在二維圖形的陰影處理方面主要依靠手工繪制完成，但近年來，在圖像處理領(lǐng)域已經(jīng)提出了許多對圖像進行素描風(fēng)格處理的算法，這一類算法可以通過圖像來生成素描圖。因為光影處理是素描畫繪制過程中的重要內(nèi)容，因此當(dāng)前的圖像素描化算法中也就不可避免的要對原始圖像進行陰影處理，而這里的陰影處理主要是針對邊界的內(nèi)陰影處理，對于二維動畫中的外陰影則還需通過手繪方法生成。因此目前在二維圖形的陰影生成技術(shù)研究中主要解決的還是內(nèi)陰影的問題，即基于圖像處理得到內(nèi)陰影，其一般步驟如圖1所示：

通過對當(dāng)前基于圖像處理的陰影生成算法進行研究，我們認(rèn)為其缺陷主要在于以下幾點：

1、圖像因為是柵格數(shù)據(jù)，只能逐像素的賦值來實現(xiàn)陰影效果，因此在設(shè)定光照方向的時候只能設(shè)定自左向右、自右向左、自上而下以及自下而上等四種情況，而對于帶角度的光照方向只能通過明暗區(qū)域的分隔線來實現(xiàn)，所以在光照的模擬上和實際的效果要求存在一定的差異。

2、圖像主要通過像素的灰度來確定內(nèi)陰影的附著邊和內(nèi)陰影的區(qū)域像素，因此當(dāng)圖像中的圖像灰度不均勻時，會出現(xiàn)臟區(qū)域，就如同墨跡一般，必須通過后期處理加以清除。

3、在圖像上一旦對內(nèi)陰影區(qū)域內(nèi)的像素進行賦值操作后，再要對其修改就變得比較困難，必須通過圖像處理軟件逐像素進行處理，工作量比較大，而且對于修改的效果也很難掌控。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種提高動畫的制作效率、有效節(jié)約成本、有效保證動動畫質(zhì)量的基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法，通過在二維平面內(nèi)定義內(nèi)陰影點光源，根據(jù)光源發(fā)射的直線和造型輪廓之間的交點來判斷內(nèi)陰影附著邊，進而生成內(nèi)陰影的過程，包括如下步驟：

1）定義內(nèi)陰影點光源;

2）確定內(nèi)陰影附著邊；

3）中心投影，得到內(nèi)陰影附著邊的縮小圖形；

4）將縮小圖形投影到造型平面上，得到它和原始內(nèi)陰影附著邊的閉合多邊形；

5）填充閉合多邊形，得到內(nèi)陰影區(qū)域。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，通過在三維空間定義內(nèi)陰影點光源，然后根據(jù)光線直射的原理，結(jié)合二維動畫的五面造型，應(yīng)用光照投影算法求得造型外陰影的過程，包括如下步驟：

1）以造型為中心，定義外陰影的點光源，設(shè)定點光源的運動球面；

2）根據(jù)點光源的位置，確定造型的向光面；

3）調(diào)入向光面的數(shù)據(jù)，并對其進行旋轉(zhuǎn)，以正對點光源位置；

4）從點光源出發(fā)，將造型外輪廓投影到地面上，得到其外陰影。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，定義內(nèi)陰影點光源后，采用光線求交的方式求得點光源發(fā)射的光線和造型外輪廓的交點，進而確定背光面和向光面的過程為確定內(nèi)陰影附著邊技術(shù)，包括如下步驟：

1）初始化計算過程，令k=0，????????????????????????????????????????????????，從光源向多邊形第k個頂點引一條直線，記為SP_k；

2）求解直線SP_k和多邊形上每一線段（由多邊形的兩個頂點組成，設(shè)為?）的交點，根據(jù)交點的數(shù)量進行判斷；

3）設(shè)k=n，按照第（2）步，從反向開始求解附著邊的另一個端點；

4）在確定了內(nèi)陰影附著邊的兩個端點后，根據(jù)光照方向可以確定背光的輪廓邊。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，確定附著邊以后，根據(jù)附著邊的形狀來確定內(nèi)陰影的區(qū)域和形狀的過程為內(nèi)陰影繪制技術(shù)，包括如下步驟：