[發(fā)明專利]基于cGAN的無限地形生成方法、系統(tǒng)、存儲介質(zhì)和終端

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811101271.0
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109215123B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 匡平;鄭庭穎;杜雪梅;付蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T7/11;G06T15/00
• 代理公司: 成都華風專利事務(wù)所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;張巨箭

本發(fā)明公開了基于cGAN的無限地形生成方法、系統(tǒng)、存儲介質(zhì)和終端，方法包括：獲取草圖；數(shù)據(jù)預(yù)處理：將所述草圖覆蓋已存在的生成地形對應(yīng)位置，并打包該位置與周圍八個方向鄰接區(qū)域的地形灰度圖，形成一整張待處理圖像，作為地形生成網(wǎng)絡(luò)的輸入；網(wǎng)絡(luò)處理：將待處理圖像在地形生成網(wǎng)絡(luò)中進行處理，網(wǎng)絡(luò)的輸出將對中心草圖區(qū)域進行地形的創(chuàng)作，通過該區(qū)域的草圖與周圍已有地形的高低起伏生成擬合周圍走向的中心區(qū)域的地形灰度圖；后期處理：將輸出的中心區(qū)域的地形灰度圖與已有地形對應(yīng)位置的區(qū)域分別乘以一個權(quán)重并相加，再賦值到已有地形中，形成當前的大地形灰度圖；主題渲染。本發(fā)明通過深度學習，根據(jù)用戶的簡單輸入生成復(fù)雜的3D地形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D地形建模領(lǐng)域，尤其涉及基于cGAN的無限地形生成方法、系統(tǒng)、存儲介質(zhì)和終端。

背景技術(shù)

3D地形是虛擬環(huán)境中不可或缺且極其重要的視覺內(nèi)容。目前，計算機圖形技術(shù)在地形生成領(lǐng)域已經(jīng)取得了很多突破性的工作，但開發(fā)人員仍在追求更好質(zhì)量和更快速度的地形生成。

地形建模在各種可視化應(yīng)用程序、計算機游戲和計算機圖形中都很重要。目前，地形生成的主要方法可分為基于樣本、基于仿真和程序生成技術(shù)。

在Mandelbrot[1982]的工作中引入了基于仿真的技術(shù)，他使用Poisson斷層生成了分形地形。Musgrave等[1989]將建模細分為兩個步驟：地形生成和侵蝕仿真，使用各種侵蝕來修改分形地形。在計算機圖形學中，用于地形生成的侵蝕技術(shù)已經(jīng)被提出近30年了。侵蝕仿真方法用以改善地形特征的真實性[Cordonnier，2018]，且可以應(yīng)用于任何地形模型。在Benes等人[2002]的工作中提出了水力地形侵蝕，為了改善地形的真實感，將侵蝕過程分為四個獨立的步驟。

基于樣本的方法從現(xiàn)有樣本生成新地形。Lagae[2005]提出了一種通過樣本進行幾何合成的方法，該方法是分為分析階段和合成階段。基于紋理的地形與草圖相結(jié)合，用于通過用戶控制來定義地形，該方法可以生成較為真實的地形[Tasse等，2012]。然而，基于樣本的方法僅限于，在原有地形之上對地形做出微小的改變，和僅限于基于物理的編輯[Vanek等，2011]。

程序生成技術(shù)是當前主流的生成地形方法，使用連續(xù)的過程函數(shù)來定義地形的高程，具有較高的計算效率。研究人員已經(jīng)提出了各種方法，將復(fù)雜的特征，如河流、丘陵和山脈納入程序性地形[Kelley，1988；Smelik等，2014]。Génevaux等[2015]提出了基于程序原始的地形表示，其通過組合基元的貢獻來描述具有不同細節(jié)水平的復(fù)雜地形。最近，Guérin等人[2017]引入了地形建模框架，該框架結(jié)合了程序建模和交互式草圖，實現(xiàn)從輸入草圖生成復(fù)雜的地形。該框架不僅限于編寫程序規(guī)則或定義基于物理的模擬的參數(shù)。然而，我們發(fā)現(xiàn)地形在Guérin等人的工作中受限于固定大小。

具體地，深度學習的研究和發(fā)展在計算機圖形學方面取得了很大進展。在眾多的深度學習方法中，GAN模型的訓練方法更為徹底，因為它生成了數(shù)據(jù)本身。

如今，在GAN技術(shù)的支持下，可以自動生成電影和游戲中經(jīng)常出現(xiàn)的圖像。用戶只需繪制一些草圖，就可以自動生成高分辨率的3D地形模型。上述過程是通過程序生成完成的，且無需花費數(shù)十小時的工作時間。GAN技術(shù)根據(jù)手繪圖學習如何輸出地形圖像，然后輸入用戶繪制的河流、山脊的景觀草圖，受過訓練后的GAN將自動輸出高質(zhì)量的地形高度圖。