布局可调的中国山水画计算机创意生成方法

摘要

本发明涉及图形图像的非真实感绘制领域，特别是一种布局可调的中国山水画计算机创意生成方法。该方法首先对用户选定的山水画源图生成相应的笔墨布局标记图，然后用户可根据标记图重新设计新的笔墨布局，本发明采用图像块缝合技术生成具有用户布局结构的山水画迭代初始图，再通过笔墨匹配块的优化选择、笔墨合成传输和边界融合技术迭代生成最终的山水画创意结果图。该方法使用简便、灵活，创意效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及涉及图形图像的非真实感绘制领域，特别是一种布局可调的中国山水画计算机创意生成方法。

背景技术

图形图像的非真实感绘制领域创立不过二十年，其中计算机技术与艺术相结合是一个很有潜力和应用前景的发展方向。国内外有不少这方面的应用实例，比如计算机动画、壁画的模拟与修复、文物的仿真、油画等绘画风格的计算机模拟等。中国山水画是绘画领域非常独特的一个画种，有别于西方的画作，其笔墨、布局等要素都浸染了中国传统文化的风韵，是国际上研究不多的一个领域。利用计算机智能的方法，分析、表现和模拟这种独特的绘画形式，找到其在实际应用中为大众所接受的简洁、方便、创意的途径是一项非常有意义的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种布局可调的中国山水画计算机创意生成方法，该方法使用简便、灵活，创意效果好。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种布局可调的中国山水画计算机创意生成方法，包括以下步骤，

步骤(1)：用户任选一幅中国山水画作为源图，记为                                                ；

步骤(2)：采用图像分割的OTSU阈值方法，同时结合数学形态学策略获得源图笔墨布局标记图，记为；

步骤(3)：用户设定新的结果布局标记图，记为；

步骤(4)：通过图像块缝合技术生成具有用户布局结构的山水画迭代初始图，记为；

步骤(5)：通过笔墨匹配块的优化选择、笔墨合成传输和边界融合技术迭代生成符合用户设定结果布局的山水画创意结果图。

在本发明实施例中，所述步骤(2)中，采用图像分割的OTSU阈值方法，同时结合数学形态学策略获得源图笔墨布局标记图，其过程包括以下步骤：

步骤(2.1)：颜色空间转换：将源图从RGB颜色空间转换到HSV空间；

步骤(2.2)：OTSU图像分割：根据像素点的H和V值，采用OTSU方法将图像分割为两个部分，并用不同颜色标记；

步骤(2.3)：细分过程：对于每一个已分割的区域，用户判断是否进一步分割；若是，转步骤(2.2)；若否，转步骤(2.4)；

步骤(2.4)：后处理过程：对分割结果的每一区域，启用形态学算子进行后处理；

步骤(2.5)：获得源图的标记图，由种不同颜色的标记区构成，记为，每种颜色代表一类笔墨内容，源图可对应表示为。

在本发明实施例中，所述步骤(3)中，所述用户设定新的结果布局标记图，包括以下步骤：

步骤(3.1)：用户从已构建的画作几何模板库中选择一个模板；

步骤(3.2)：用户为选定模板的不同区块指定颜色，生成结果布局图，其中颜色的含义与的颜色含义相同。

在本发明实施例中，所述步骤(4)中，所述通过图像块缝合技术生成具有用户布局结构的山水画迭代初始图过程，包括以下步骤：

步骤(4.1)：生成的最大矩形区域，记为：

步骤(4.2)：将分块，依据块中颜色分布从对应的中随机抠取大小为的笔墨块；

步骤(4.3)：从中随机抠取大小为的不同于笔墨块,并以宽度将与重叠平行放置；

步骤(4.4)：求取、最佳缝合路径：设、沿垂直边重叠，首先根据公式：，计算、重叠区域的像素特征误差值，接着通过公式其中，求出重叠区最后一行的各点误差，取误差最小的一点，反向跟踪上一行误差最小点，获得最佳缝合路径；

对于水平方向重叠区域，可以采用类似的方法得到最佳缝合路径；

步骤(4.5)：如果整条缝合路径的误差满足要求，则该路径作为、的边界；否则返回步骤(4.3)；

步骤(4.6)：按扫描线顺序对的每一分块重复执行以上步骤(4.3)~步骤(4.5)，直至遍历的所有分块，获得具有用户布局结构的山水画迭代初始图。

在本发明实施例中，所述步骤(5)中，通过笔墨匹配块的优化选择、笔墨合成传输和边界融合技术迭代生成符合用户指定结果布局的山水画创意结果图，具体包括以下步骤：

步骤(5.1)：记为迭代次数，为第次迭代结果，令；

步骤(5.2)：针对的第一分块，从源图中抠取大小为的笔墨块；

步骤(5.3)：从源图中抠取个大小为的、不同于的笔墨块,作为候选笔墨块，并以宽度将逐个与重叠平行放置； 

步骤(5.4)：按如下公式计算、两个笔墨块的误差，

其中表示区块中不同颜色标记区的边界点构成的集合；

步骤(5.5)：求出，即是从m个候选笔墨块中优选出的与笔墨内容最匹配的块；

步骤(5.6)：笔墨合成传输最佳缝合路径的求取：设、沿垂直边重叠，首先根据公式：

，计算、重叠区域的像素特征误差值，接着通过公式其中，求出重叠区最后一行的各点误差，取误差最小的一点，反向跟踪上一行误差最小点，获得最佳缝合路径，记为；

对于水平方向重叠区域，可以采用类似的方法得到最佳缝合路径； 

步骤(5.7)：基于最佳缝合路径的笔墨块边界融合：在左右宽度为的范围内，对像素值进行线性加权融合；

具体过程如下：记缝合后的块为，则的大小为，融合公式为：

步骤(5.8)：按扫描线顺序对的每一分块重复执行以上步骤(5.3)~步骤(5.7)，直至遍历的所有分块，获得第次迭代结果图；

步骤(5.9)：考察结果是否满意，是，算法结束；否，令: ， ，,转步骤(5.2)。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出了一种布局可调的中国山水画计算机创意生成方法，利用该方法进行中国山水画的设计，布局灵活可调，使用方便简洁，效果良好，具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明方法的实现流程图。

图2为本发明通过笔墨匹配块的优化选择、笔墨合成传输和边界融合技术迭代生成结果图的流程图。

图3(a)是本发明实施例的一山水画源图例图。

图3(b)是图3(a)的源图笔墨布局标记图。

图3(c)是用户指定结果布局标记图。

图3(d)是具有用户布局结构的山水画迭代初始图。

图3(e)是由图3(a)的山水画源图生成的山水画创意结果图。

图4(a)是一幅山水画源图。

图4(b)、4(c)、4(d)是使用本发明方法由图4(a)生成的3幅布局不同的山水画创意结果图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明实施例中的问题具体描述如下：

选定一幅中国山水画作品作为源图，在源图笔墨布局标记图已知的条件下，用户给出想要的新的笔墨布局要求，问题的目标是，生成视觉上符合用户笔墨布局要求的创意山水画新作，新作应按照用户指定的布局结构，以源图的笔墨风格生成，同时视觉上应完整、自然、笔墨布局协调。

图1是本发明方法的实现流程图。如图1所示，一种布局可调的中国山水画计算机创意生成方法，首先用户选定一幅山水画作为源图，本发明生成源图的笔墨布局标记图，然后用户可根据标记图设定新的笔墨布局，本发明采用图像块缝合技术生成具有用户布局结构的山水画迭代初始图，再通过笔墨匹配块的优化选择、笔墨合成传输和边界融合技术迭代生成最终的山水画创意结果图。具体包括以下步骤：

步骤(1)：用户任选一幅中国山水画作为源图，如图3(a)所示。

步骤(2)：采用图像分割的OTSU阈值方法，同时结合数学形态学策略获得源图笔墨布局标记图，结果如图3(b)所示。具体包括以下步骤：

步骤(2.1)：颜色空间转换：将源图从RGB颜色空间转换到HSV空间；

步骤(2.2)：OTSU图像分割：根据像素点的H和V值，采用OTSU方法将图像分割为两个部分，并用不同颜色标记；

步骤(2.3)：细分过程：对于每一个已分割的区域，用户判断是否进一步分割。是，转步骤(2.2)；否，转步骤(2.4)；

步骤(2.4)：后处理过程：对分割结果的每一区域，启用形态学算子进行后处理；

步骤(2.5)：获得源图（图3(a)所示）的标记图（图3(b)所示），由2个不同颜色的标记区构成，可记为，每种颜色代表一类笔墨内容，源图可对应表示为。

步骤(3)：用户指定结果布局标记图，结果如图3(c)所示；

所述步骤(3)中，所述用户指定结果布局图，包括以下步骤：

步骤(3.1)：用户从已构建的画作几何模板库中选择一个模板；

步骤(3.2)：用户为选定模板的不同区块指定颜色，生成结果布局图（图3(c)所示），其中颜色的含义与图3(b)的颜色含义相同；

步骤(4)：通过图像块缝合技术生成具有用户布局结构的山水画迭代初始图，结果如图3(d)所示；

所述步骤(4)中，所述通过图像块缝合技术生成具有用户布局结构的山水画迭代初始图过程，包括以下步骤：

步骤(4.1)：生成的最大矩形区域，记为：

步骤(4.2)：将分块，依据块中颜色分布从对应的中随机抠取大小为的笔墨块；

步骤(4.3)：从中随机抠取大小为的不同于笔墨块,并以宽度将与重叠平行放置；

步骤(4.4)：求取、最佳缝合路径：设、沿垂直边重叠，首先根据公式：

，计算、重叠区域的像素特征误差值，接着通过公式其中，求出重叠区最后一行的各点误差，取误差最小的一点，反向跟踪上一行误差最小点，获得最佳缝合路径。

对于水平方向重叠区域，可以采用类似的方法得到最佳缝合路径；

步骤(4.5)：如果整条缝合路径的误差满足要求，则该路径作为、的边界；否则返回步骤(4.3)；

步骤(4.6)：按扫描线顺序对的每一分块重复执行以上步骤(4.3)~步骤(4.5)，直至遍历的所有分块，获得具有用户布局结构的山水画迭代初始图，记为，如图3(d)所示。

步骤(5)：通过笔墨匹配块的优化选择、笔墨合成传输和边界融合技术迭代生成符合用户指定结果布局的山水画创意结果图，该步骤的具体流程图见图2，该步骤执行结束后生成的结果图如图3(e)所示。

所述步骤(5)中，通过笔墨匹配块的优化选择、笔墨合成传输和边界融合技术迭代生成符合用户指定结果布局的山水画创意结果图，具体包括以下步骤：

步骤(5.1)：记为迭代次数，为第次迭代结果，；

步骤(5.2)：针对的第一分块, 从源图中抠取大小为的笔墨块；

步骤(5.3)：从源图中抠取个大小为的、不同于的笔墨块,作为候选笔墨块，并以宽度将逐个与重叠平行放置； 

步骤(5.4)：按如下公式计算、两个笔墨块的误差，

其中表示区块中不同颜色标记区的边界点构成的集合；

步骤(5.5)：求出，就是从m个候选笔墨块中优选出的与笔墨内容最匹配的块；

步骤(5.6)：笔墨合成传输最佳缝合路径的求取：设、沿垂直边重叠，首先根据公式：

，计算、重叠区域的像素特征误差值，接着通过公式其中，求出重叠区最后一行的各点误差，取误差最小的一点，反向跟踪上一行误差最小点，获得最佳缝合路径，记为；

对于水平方向重叠区域，可以采用类似的方法得到最佳缝合路径； 

步骤(5.7)：基于最佳缝合路径的笔墨块边界融合：在左右宽度为的范围内，对像素值进行线性加权融合；

具体过程如下：记缝合后的块为，则的大小应为，融合公式为：

步骤(5.8)：按扫描线顺序对的每一分块重复执行以上步骤(5.3)~步骤(5.7)，直至遍历的所有分块，获得第次迭代结果图；

步骤(5.9)：考察结果是否满意。是，则算法结束；否，则: ， ，,转步骤(5.2)。

图4是本发明针对1幅山水画源图生成的3幅笔墨布局不同的创意结果图。其中图4(a)是源图，图4(b) 、图4(c)、 图4(d)是创意结果图。

从上述可以得出结论，本发明是一种有效的布局可调的中国山水画计算机创意生成方法，可根据一幅山水画源图生成视觉上符合用户笔墨新布局要求的创意山水画新作，新作以源图的笔墨风格呈现用户指定的布局结构，同时视觉上完整、自然，笔墨布局协调。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。