[發明專利]一種數據驅動的近岸涌浪動畫合成方法及系統

有效

• 申請號: 201610115647.8
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105608727B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 朱登明;商柳;張娟;魏毅;王兆其
• 申請（專利權）人: 中國科學院計算技術研究所
• 主分類號: G06T13/60
• 分類號: G06T13/60
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國;梁揮

本發明提出一種數據驅動的近岸涌浪動畫合成方法及系統，涉及圖像處理和計算機視覺領域，該方法包括對水面視頻的單目視頻進行重建，獲取所述單目視頻的高度場數據，對所述水面視頻進行開運算重建與閉運算重建，獲取涌浪掩膜，通過形態學細化算法對所述涌浪掩膜進行處理，獲取涌浪骨架信息；根據所述涌浪掩膜、所述涌浪骨架信息，創建快速涌浪高度變化模型，通過所述快速涌浪高度變化模型并根據所述高度場數據，獲取幀序列圖；獲取用戶輸入涌浪的目標形狀，并將所述幀序列圖中的涌浪初始形狀變化成所述目標形狀，并將所述目標形狀生成動畫。本發明提高了重建數據的復用性；本發明使涌浪信息和控制方式更加簡單直觀。

技術領域

本發明涉及圖像處理和計算機視覺領域，特別涉及一種數據驅動的近岸涌浪動畫合成方法及系統。

背景技術

自然現象的模擬一直是計算機圖形學研究的熱點問題之一，其中流體模擬，尤其是大面積水面及波浪的快速建模與可控動畫技術，在影視特效、廣告、三維游戲開發、虛擬現實等各種領域得到了越來越廣泛的應用，有著重要的應用價值，然而，天然波浪是一種非常復雜的物理現象，由于受到水下地形、障礙物、風能輸入、波浪內部渦動等多種因素的影響，大部分波浪高低不齊、長短不一，時而表現為相對呈周期性的水波，時而也有形態劇烈變化、會卷曲和分裂的碎浪，還有飛濺的水花，其幾何形狀具有極強的不規則特性，多年來在流體模擬上的研究，從簡單的經驗模型發展到復雜的流體動力學模型，合成的水的真實感不斷提高，所需的計算量也不斷增加，因此，如何快速對波浪進行模擬，并生成可控的波浪動畫依然是一個具有挑戰性的課題。

基于波面造型的方法原理簡單，計算效率很高，但生成的波浪形態單一，真實感不強；基于物理的方法是如今波浪模擬方法的主流，通過求解流體動力學模型來模擬水面，合成的波浪效果逼真，但計算復雜，模擬效率很低。近年來，基于實測數據的水表面重建方法開始發展起來，通過對采集設備捕獲的自然界真實水體現象數據進行重建，能夠快速得到水表面，且真實感很強，但受到采集設備的限制，重建出來的水表面在運動形態上比較單一，現有的基于實測數據的方法大多關注于不同重建方法的研究，是“再現”的過程，對如何充分利用重建數據生成更加多樣的波浪動畫還沒有研究，另外，現有的可控流體動畫技術也都基于物理的方法，在計算效率和控制方式上有很大限制。

與本發明相關的一些概念：

反射率(reflectance)：表示物體反射入射光大小的數值叫做反射率，由物體表面所能反射的光量和它所接受的光量之比計算得出，常用百分率和小數表示。當光束接近正入射(入射角θ約等于0)時，反射率計算公式是：其中n₁,n₂分別是兩種介質的真實折射率(即相對于真空的折射率)，折射率是指光線進入不同介質時角度發生改變的現象，用表征，θ₁，θ₂分別為入射角和折射角，即光線與法線的夾角，通常來說，光線在臨界面上的反射率僅與介質的物理性能，光線的波長，以及入射角相關。

信息熵(informationentropy)：通常信息的多少很難度量，“信息熵”概念的提出，解決了對信息的量化度量問題。信息熵這個詞是香農從熱力學中借用過來的，熱力學中的熱熵是表示分子狀態混亂程度的物理量，香農用信息熵的概念來描述信源的不確定度，可以把信息熵理解成某種特定信息的出現概率，一般而言，當一種信息出現概率更高的時候，表明它被傳播得更廣泛，或者說，被引用的程度更高，可以認為，從信息傳播的角度來看，信息熵可以表示信息的價值，這樣子我們就有一個衡量信息價值高低的標準。

水面高度場(hight field)：表示水面每個位置的相對高度情況。在水面的動畫中，人眼能夠看到的部分基本為水面的涌動情況，因此可以將水面動畫的重建化簡為水面部分高度的重建，通過對水面進行網格化的細分，水面的整體形態可以表示為所有細分點高度的組合，最終每一個點的高度數據組合成了水面的高度場。