一种提取实物的白描图的方法

摘要

本发明涉及一种提取实物的白描图的方法，其利用描绘对象表面法线的变化绘制初步白描图，然后利用多尺度的方法，通过多次高斯模糊降噪光顺，得到平滑连贯的描绘对象的白描图。本发明能够从实物的数字模型中提取出线条连贯、分线清晰、视觉效果满意的白描图，便于使用者对于原始物品的实物复制及虚拟应用，能够满足工业制造和工业设计的需求。

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种提取实物的白描图的方法。

背景技术

在现代工业设计中，白描图作为产品设计的低保真呈现方式被广泛应用，其能够完整的呈现主题信息群、精确勾勒出产品的结构和布局，并具有良好的用户交互界面的主视觉和描述。然而在已有实物的基础上，尤其是不存在设计图的物品，更需要将实物反向转换为白描图，以便于将实物虚拟化，能够广泛应用于虚拟设计。

现有技术中，提取实物的白描图大都是基于边缘检测的方法，该方法虽然是一种较普遍的图像处理方法，但利用其得到的白描图往往存在线条连贯性不好、线条较乱的情况，造成整体图像视觉效果很差。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的提取实物的白描图的方法，能够从实物的数字模型中提取出线条连贯、分线清晰、视觉效果佳的白描图，便于使用者对于原始物品的实物复制及虚拟应用，能够满足工业制造和工业设计的需求。

为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种提取实物的白描图的方法，包括以下步骤：

步骤1，通过扫描得到描绘对象的数字模型；

步骤2，根据所述数字模型的法线渲染出位图，即法线图；

步骤3，根据所述法线图绘制初步白描图A。

进一步地，所述提取实物的白描图的方法还包括：

步骤4，将所述初步白描图A的复制图进行高斯模糊，将所述初步白描图A和所述复制图进行混合，得到清晰的白描图B。

进一步地，所述步骤3为：根据法线图中像素点和其相邻像素点来计算所述白描图上的对应像素点的灰度，获得初步白描图A。

进一步地，所述步骤3具体为：

步骤30，对于法线图中每一像素点P，取其法线n₁和相邻像素点P’的法线n₂；

步骤31，计算所述法线n₁和n₂的夹角：angle＝acos(dot(n₁,n₂))；

步骤32，计算所述法线n₁和n₂的叉乘：v＝cross(n₁,n₂)；

步骤33，根据所述夹角angle和所述叉乘v计算所述白描图上的对应像素点的灰度。

进一步地，所述步骤33具体为：

步骤330，当所述叉乘v的x或y方向分量小于0时，重新计算法线夹角angle'＝angle*(-1)；否则，法线夹角angle'＝angle；

步骤331，根据所述夹角angle'计算白描图上对应像素点的灰度color。

进一步地，所述步骤331具体为：

1)当θ₁≤angle'≤θ₂时，color＝(angle'-θ₁)*c，c＝(Gray_max-Gray_min)/(θ₂-θ₁)；

2)当angle'<θ₁时，color＝Gray_min；

3)当angle'>θ₁时，color＝Gray_max；

其中，θ₁和θ₂的数值范围选取为[-180°,180°]，Gray_min为设定的灰度最小值，Gray_max为设定的灰度最大值。

进一步地，所述步骤4具体为：

步骤40，将初步白描图A存储并复制n份；

步骤41，将n份复制的初步白描图A分别根据不同的模糊半径进行高斯模糊，获得图A₁、A₂……A_n；

步骤42，将所述A、A₁、A₂……A_n进行混合，最后获得清晰白描图B。

进一步地，所述步骤42具体为：

步骤421，所述A与A₁混合，得到图B₁；

步骤422，所述B₁与A₂混合，得到图B₂；

依次类推……；

步骤42n，所述B_n-1与A_n混合，得到白描图B。

进一步地，所述步骤42具体为：

1)提取所述初步白描图A/图B₁/图B₂/……/图B_n-1中每一像素点S₁，和所述图A₁/图A₂/……/图A_n中处于相同位置的像素点S₂；

2)根据所述像素点S₁、S₂混合，计算得到混合像素点S₃的灰度：

判断当S₁>128时，S₃＝255-(255-S₁)*(255-S₂)/128；

否则，S₃＝S₁*S₂/128。

本发明提供的提取实物的白描图的方法，利用实物表面的法线变化，绘制初步的实物白描图，结合高斯模糊，对该白描图进一步优化处理、降噪光顺，得到更加清晰的白描图，即线图；本发明提供了一种从实物模型的几何信息出发，结合图像处理来提取白描图的方法，利用其得到的结果线条连贯，更接近手工描绘白描图，视觉效果更好，可以很好地满足实际应用的需要。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的实施例1的流程图；

图3为本发明的实施例2的流程图；

图4为本发明的法线图的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参照图1-图2、图4所示，为实现在提取作为描绘对象的实物的白描图时得到连贯的线条图案的目的，本发明提供的一种提取实物的白描图的方法，包括以下步骤：

步骤1，对需描绘的实物进行三维扫描，得到该描绘对象的数字模型；

步骤2，根据所述数字模型的法线渲染出位图，即法线图，其具体步骤为：

步骤20，选取所述数字模型需要提取白描图的一面，

步骤21，根据所述面上的法线渲染法线图；

步骤3，根据法线图绘制初步白描图A，其具体步骤为：

步骤30，对于法线图中每一像素点P，取其法线n₁和相邻像素点P’的法线n₂，

步骤31，计算所述法线n₁和n₂的夹角：angle＝acos(dot(n₁,n₂))，

步骤32，计算所述法线n₁和n₂的叉乘：v＝cross(n₁,n₂)，

步骤33，根据所述夹角angle和所述叉乘v计算所述白描图上的对应像素点的灰度：

步骤330，当所述叉乘v的x或y方向分量小于0即v.x<0或v.y<0时，所述像素点对应所述数字模型表面的凹陷，重新计算法线夹角angle'＝angle*(-1)；否则，所述像素点对应模型表面的凸起，法线夹角angle'＝angle，

步骤331，根据所述夹角angle'计算白描图上对应像素点的灰度color：

1)当-90°≤angle'≤90°时，color＝(angle'+90)*c，c＝(Gray_max-Gray_min)/[90-(-90)]，Gray_min为设定的灰度最小值0，Gray_max为设定的灰度最大值255；

2)当angle'<-90°时，color＝Gray_min；

3)当angle'>90°时，color＝Gray_max。

步骤4，将所述初步白描图A通过多尺度方法，进行多次不同半径的高斯模糊，然后将模糊处理前后的图进行混合，得到清晰的白描图B，其具体步骤为：

步骤40，将初步白描图A存储并复制6份，

步骤41，将6份复制的所述白描图A分别根据不同的模糊半径进行高斯模糊，获得图A₁、A₂……A₆，

步骤42，将所述初步白描图A与图A₁混合，得到图B₁，其具体步骤为：

步骤420，提取所述初步线图A中每一像素点S₁，和所述图A₁中处于相同位置的像素点S₂，

步骤421，根据所述像素点S₁、S₂混合，计算得到混合像素点S₃的灰度：

判断当S₁>128时，S₃＝255-(255-S₁)*(255-S₂)/128，

否则，S₃＝S₁*S₂/128。

步骤43，将所述图A₂与图B₁混合，得到图B₂，其具体混合方法同步骤42，设定图A₂的像素点灰度为S₁，

步骤44，将所述图A₃与图B₂混合，得到图B₃，其具体混合方法同步骤42，设定图A₃的像素点为S₁，

步骤45，将所述图A₄与图B₃混合，得到图B₄，其具体混合方法同步骤42，设定图A₄的像素点为S₁，

步骤46，将所述图A₅与图B₄混合，得到图B₅，其具体混合方法同步骤42，设定图A₅的像素点为S₁，

步骤47，将所述图A₆与图B₅混合，得到图B，其具体混合方法同步骤42，设定图A₆的像素点为S₁，

步骤48，提取所述白描图B，将其作为最终输出线图。

实施例2

参照图1、图3-图4所示，为实现在提取作为描绘对象的实物的白描图时得到连贯的线条图案的目的，本发明提供另一种提取实物的白描图的方法，包括以下步骤：

步骤1，对需描绘的实物进行三维扫描，得到该描绘对象的数字模型；

步骤2，根据所述数字模型的法线渲染出位图，即法线图，其具体步骤为：

步骤20，选取所述数字模型需要提取白描图的一面，

步骤21，根据所述面上的法线渲染法线图；

步骤3，根据法线图绘制白描图，其具体步骤为：

步骤30，对于法线图中每一像素点P，取其法线n₁和相邻像素点P’的法线n₂，

步骤31，计算所述法线n₁和n₂的夹角：angle＝acos(dot(n₁,n₂))，

步骤32，计算所述法线n₁和n₂的叉乘：v＝cross(n₁,n₂)，

步骤33，根据所述夹角angle和所述叉乘v的数值计算所述白描图上的对应像素点的灰度：

步骤330，当所述叉乘v的x或y方向分量小于0即v.x<0或v.y<0时，所述像素点对应所述数字模型表面的凹陷，重新计算法线夹角angle'＝angle*(-1)；否则，所述像素点对应模型表面的凸起，法线夹角angle'＝angle，

步骤331，根据所述夹角angle'计算白描图上对应像素点的灰度color：

1)当-20°≤angle'≤0°时，color＝(angle'+20)*c；其中，c＝(Gray_max-Gray_min)/[0-(-20)]，Gray_min为设定的灰度最小值0，Gray_max为设定的灰度最大值255；

2)当angle'<-20°时，color＝Gray_min；

3)当angle'>0°时，color＝Gray_max。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。