[發明專利]一種基于單幅圖像的河流網絡過程式生成方法

有效

• 申請號: 201710216948.4
• 申請日: 2017-04-05
• 公開（公告）號: CN107301263B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 王長波;張健;高巖
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/18
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種基于單幅圖像的河流網絡過程式生成方法，其步驟為：1）使用參數模型將自然界中的河流網絡的彎曲度、支流、匯流以及相連的湖泊等特性量化的表示出來；2）給定輸入河流網絡圖片，使用GrabCut方法從圖像中分割出河流部分，并提取其骨骼結構，分析該河流的參數模型；3）在指定的地形上，基于提取到的模型參數過程式的生成地形一致的河流網絡；4）使用考慮河流特性的距離函數來評估輸入圖像與生成河流網絡的差異，并使用模擬退火算法對生成河流網絡進行優化，得到最終的結果。應用本發明能夠生成豐富多樣的河流網絡，并且通過使用輸入圖像來代替手工輸入參數，大大的簡化了繁瑣的調整參數的過程。

技術領域

本發明屬于計算機圖形學領域，特別是涉及一種數據驅動的自然場景快速過程化建模的方法。

背景技術

3D建模在影視制作、游戲開發、虛擬現實等領域都是必不可少的環節之一，但是3D建模的過程非常繁瑣，對于大規模的自然場景，使用3DMAX或者MAYA等軟件會耗費過多的人力和時間資源。過程化建模技術是一種基于規則的建模方法，運用該技術可以對特定的場景或者物體等進行快速的建模，從而大大的提升建模的效率。過程化建模比較適合生成具有重復子結構或自相似特征的物體，如植物、道路、地形、城市等。如果定義合適的語法規則和輸入參數，則過程化建?？梢陨筛鞣N逼真的3D內容。

河流以其多樣性和可觀賞性，在虛擬場景中可以大大的增強用戶體驗，對于自然場景來說是不可缺少的一部分。然而由于河流復雜的拓撲結構、豐富的形狀幾何類型以及它同地形的關聯，使用傳統建模軟件對河流網絡進行建模是非常困難的。并且由于傳統的過程化建模技術輸出內容的不可控性，結合交互式編輯與過程化建模的方法可以增強結果的控制性，但是交互編輯的工作量是不可忽視的。現有的專門針對河流網絡的建模方法主要有2種，一種是基于交互式編輯的方法，另一種是傳統的過程式生成方法。前者需要考慮河流與地形的復雜的拓撲結構、豐富的形狀幾何類型以及河流同地形的關聯，需要耗費較大的人力工作；后者由于過程式方法的隨機性，不能很好的依據參數控制輸出結果。如果能在指定的地形上很好的生成符合用戶意圖河流網格，并且使用盡量少的操作，則對河流網絡建模是一個非常大的改進。

發明內容

本發明的目的在于使用較少的交互操作實現在指定地形上的河流網絡建模，提出了一種基于單幅圖像的河流網絡過程式生成方法，該方法使用河流圖像作為輸入，能夠大大簡化過程化建模中調整參數的過程，生成逼真的河流網絡，并且具有一定的可控性。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種基于單幅圖像的河流網絡過程式生成方法，該方法包含以下步驟：

a)使用參數模型將自然界中的河流網絡的形狀特性和幾何特性量化的表示出來，具體包括：

i)形狀參數模型

使用形狀參數來控制河流網絡的形狀特性，具體包括河流的彎曲度、支流和匯流的數目、湖泊的大小和數目；河流網絡結構被表示為一個有向無環圖n為河流之間的交界點，ε為河流的河段；其中n_r表示河流河段的個數；d_r表示河流起點到終點的直線距離；k_sm和k_sv分別表示所有河段彎曲系數的期望和方差，河段的彎曲系數k計算如下：

其中，u為該河段的實際長度，d為該河段起始點到終點的直線距離；參數d_sm和d_sv分別表示所有河段直線距離的期望和方差；參數n_b、n_c和n_l分別表示支流、匯流以及湖泊的個數；參數s_lm和s_lv分別表示湖泊大小的期望和方差；

ii)幾何參數模型