一种基于图像处理和实时材质生成能力的硅藻泥图案高阶设计方法

摘要

本发明公开了一种基于图像处理和实时材质生成能力的硅藻泥图案高阶设计方法，主要包括裁切、肌理颜色替换、颜色替换、进行混合材质的计算、多图案叠加、混合材质合成、提交材质渲染、进行高阶设计等步骤。本发明基于图像处理能力实现了多张图案与硅藻泥的叠加效果，同时每张图像都支持阴刻阳刻的效果体验、每张图案都支持图案裁切，解决了涂料客户的设计痛点；可以灵活且自由地实现任意材质编辑、叠加的能力，将模型叠加简化成材质的叠加与合并，并通过实时烘焙图加强效果的实时呈现能力；完美实现硅藻泥图案效果，并能实时呈现效果给用户；进一步拓展参数化材质的能力，支持编辑材质来增强业务的表现能力，如肌理颜色替换、图案裁切等。

说明书

技术领域

本发明涉及家装设计工具的领域，具体涉及一种基于图像处理和实时材质生成能力的硅藻泥图案高阶设计方法。

背景技术

现有的家装设计中，硅藻泥作为主要的涂料素材，是墙面设计中提升设计感的重要组成部分。在实际家装中，除了硅藻泥涂料外，用户还会有基于涂料上放置其他材质效果的图案的需求，且图案需要支持特有的凹凸效果，在行业中称为图案阴刻阳刻。

在现存的家装设计软件中，几乎都包含了硅藻泥涂料这个类目，但硅藻泥图案的素材却鲜有软件能够支持。而支持图案的软件，基本都是基于厚度极小的模型来模拟硅藻泥图案的能力，在上传与使用上极其繁琐且不支持图案叠加、纹理阴刻与阳刻、图案裁切等高阶设计。本发明提出了一种在云计算环境下，实时生成材质并应用到模型上的通用方法，主要通过实时生成混合材质来实现硅藻泥图案的高阶设计能力，如肌理换色、图案换色、图案裁切、图案叠加等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于图像处理和实时材质生成能力的硅藻泥图案高阶设计方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种基于图像处理和实时材质生成能力的硅藻泥图案高阶设计方法，主要包括以下步骤：

1)裁切：先对有效裁切区域过滤，提前对区域信息进行过滤，去除无法裁切的区域，再对图案进行裁切；

2)肌理颜色替换：进行有效肌理过滤，根据材质特殊字段判断是否为能进行颜色替换的材质，如不能替换，则过滤，不进行后续流程；

3)颜色替换：对图案、肌理进行颜色替换，图案颜色替换：对图案像素进行遍历，如果为非透明区域，则将像素颜色替换为用户选中颜色；肌理颜色替换：肌理存在两张图片，1张纯色图，1张表示纹理的凹凸贴图，对纯色图进行重新生成，生成1张用户选中颜色的纯色图进行替换；

4)进行混合材质的计算：将生成好的图片与原有的材质属性合并，进行混合材质的生成；

5)多图案叠加：按优先级进行子材质的叠加；

6)混合材质合成：将得到的基础材质、子材质按混合材质格式进行组装，得到最终的混合材质；

7)提交材质渲染：将构建好的模型与混合材质一起提交渲染；

8)进行高阶设计。

所述对有效裁切区域过滤的算法为：定义有效区域为多个曲线构成的闭合区域，直线作为一种特殊的曲线，即对所有的曲线进行有序的离散化后，判断所有的线段是否首位相连、并可构成封闭区域的。

所述对图案进行裁切包括一种支持透明图案切割的算法，主要为：生成一张图片，大小与图案一样，绘制切割区域为黑色填充，其他部分为白色填充，即切割区域掩码；通过opencv的bitwise_and函数，将图案透过切割区域掩码合并，得到被掩码区域过滤后的切割图案。

所述高阶设计主要包括图案裁切、多图案叠加、图案颜色替换、硅藻泥肌理换色和大小调整。

本发明的有益效果为：本发明基于图像处理能力实现了多张图案与硅藻泥的叠加效果，同时每张图像都支持阴刻阳刻的效果体验、每张图案都支持图案裁切，解决了涂料客户的设计痛点；可以灵活且自由地实现任意材质编辑、叠加的能力，将模型叠加简化成材质的叠加与合并，并通过实时烘焙图加强效果的实时呈现能力；完美实现硅藻泥图案效果，并能实时呈现效果给用户；进一步拓展参数化材质的能力，支持编辑材质来增强业务的表现能力，如肌理颜色替换、图案裁切等。

附图说明

图1为本发明的混合材质概念图。

图2为本发明的普通混合材质实现效果图。

图3为本发明的硅藻泥图案预览和渲染流程图。

图4为本发明的硅藻泥图案叠加渲染效果图。

图5为本发明的棕色鹿的混合量掩膜图。

图6为本发明的羽毛图案的混合量掩膜图。

图7为本发明的棕色鹿与羽毛的混合烘焙图。

图8为本发明的棕色鹿实时烘焙图。

图9为本发明的模型重建的三角化模型图。

图10为本发明的图案切割演示图。

图11为本发明的最终渲染效果图。

图12为本发明的图案叠加演示图。

图13为本发明的图案叠加渲染最终效果图。

图14为本发明的图案颜色修改功能图。

图15为本发明的图案颜色修改最终效果图。

图16为本发明的硅藻泥肌理颜色和大小调整图。

图17为本发明的硅藻泥肌理颜色和大小调整最终效果图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

如附图所示，这种基于图像处理和实时材质生成能力的硅藻泥图案高阶设计方法，主要包括以下步骤：

1)裁切：先对有效裁切区域过滤，受裁切算法的能力限制，提前对区域信息进行过滤，去除无法裁切的区域，再对图案进行裁切；

2)肌理颜色替换：进行有效肌理过滤，硅藻泥图案是新完成的功能，因此对于旧材质无法很做到很好的支持，需要对旧材质的肌理进行过滤，才能进行颜色替换的逻辑，根据材质特殊字段判断是否为能进行颜色替换的材质，如不能替换，则过滤，不进行后续流程；

3)颜色替换：对图案、肌理进行颜色替换，基于Opencv对图案、肌理进行非透明区域的颜色替换，图案颜色替换：对图案像素进行遍历，如果为非透明区域，则将像素颜色替换为用户选中颜色；肌理颜色替换：肌理存在两张图片，1张纯色图，1张表示纹理的凹凸贴图，对纯色图进行重新生成，生成1张用户选中颜色的纯色图进行替换；

4)进行混合材质的计算：将生成好的图片与原有的材质属性合并，进行混合材质的生成；

例如附图1，我们需要将上述生成好的图片与原有的材质属性合并，进行混合材质的生成。如附图4，基于图案叠加的特性，我们总共需要生成2份混合材质。混合材质棕色鹿：1、棕色鹿材质，包含图案、凹凸贴图；2、硅藻泥肌理材质，包含肌理图、凹凸贴图；3、混合材质，包含混合量、实时烘焙图。混合材质白色羽毛与相交的棕色鹿部分：1、底层的棕色鹿材质，包含图案、凹凸贴图；2、上层的白色羽毛材质，包含图案、凹凸贴图；3、硅藻泥肌理材质，包含肌理图、凹凸贴图；4、混合材质，包含2张混合量，1张实时烘焙图；

5)多图案叠加：按优先级进行子材质的叠加；

例如：有两份混合材质，其中混合材质白色羽毛与相交的棕色鹿，是多份子材质，需要进行逻辑的叠加。我们根据用户上传的图案顺序进行子材质的排序。决定白色羽毛的效果生成在棕色鹿的上面。

6)混合材质合成：将得到的基础材质、子材质按图1的混合材质格式进行组装，得到最终的混合材质；

7)提交材质渲染：将构建好的模型与混合材质一起提交渲染；由5.7，我们得到了两份混合材质。我们进行模型的重建，如附图9。附图9中，我们可以很明显看到2个材质的区域，将混合材质棕色鹿与白色羽毛分别放置到两个区域中，背景的最大区域则放置硅藻泥肌理的材质。将构建好的模型与5.7的混合材质，一起提交渲染，即可完成附图4的效果呈现。

8)进行高阶设计。

所述对有效裁切区域过滤的算法为：定义有效区域为多个曲线构成的闭合区域，直线作为一种特殊的曲线，即对所有的曲线进行有序的离散化后，判断所有的线段是否首位相连、并可构成封闭区域的。

所述对图案进行裁切包括一种支持透明图案切割的算法，主要为：生成一张图片，大小与图案一样，绘制切割区域为黑色填充，其他部分为白色填充，即切割区域掩码；通过opencv的bitwise_and函数，将图案透过切割区域掩码合并，得到被掩码区域过滤后的切割图案。

所述高阶设计主要包括图案裁切、多图案叠加、图案颜色替换、硅藻泥肌理换色和大小调整。具体来讲，每个高阶设计过程为：

1)图案裁切：用户可在工具侧手动绘制轮廓进行图案的拆分，如附图10。

通过记录用户绘制的有效区域，我们通过如下流程来进入混合材质的生成：有效区域筛选->对图案进行轮廓的裁切->利用裁切后的图案进行混合材质的计算->生成最后的混合材质->将材质提交给渲染中台，得到效果。最后效果如附图11。

2)多图案叠加：用户可在工具侧进行图案位置的调整，将多个图案叠加到一起，得到混合效果，如附图12。

通过记录用户放置的图案顺序，我们调整混合材质的混合量优先级，流程如下：进行混合材质的计算->按优先级叠加子材质->得到基础材质为扇形肌理，多个图案为子材质的混合材质->生成最后的混合材质->将材质提交给渲染中台，得到效果图。最后效果如附图13。

3)图案颜色替换：用户可在工具侧进行图案颜色修改，可实时修改为自己喜欢的颜色，如附图14。

通过对用户上传的图案进行颜色替换，我们可以很方便地看到不同的颜色效果，流程如下：进行混合材质的计算->对子材质进行颜色的替换处理->生成最后的混合材质->将材质提交给渲染中台，得到效果图。最后效果如附图15。

4)硅藻泥肌理换色和大小调整：用户可在工具侧进行硅藻泥肌理颜色修改、大小修改，可实时修改为自己喜欢的颜色和大小，并实时看到效果，如附图16。

通过对用户上传的硅藻泥肌理图进行颜色替换和材质scale(图片缩放)修改，我们可以很方便的看到不同的颜色、大小效果，流程如下：有效肌理筛选->进行混合材质的计算->对基础材质进行颜色的替换处理->对基础材质进行新scale的计算->生成混合材质->将材质提交给渲染中台，得到效果图。最后效果如附图17。

本发明混合材质作为硅藻泥图案设计的核心之一，其核心概念如附图1所示。主要实现多材质叠加效果，实现效果如附图2所示。基于上述概念，对肌理材质、图案材质基于图像处理能级进行重组为新混合材质，即为本发明的核心，如附图3所示。底层图片处理能力主要由opencv实现。

本发明的方法主体流程如附图1所示。核心分为图片生成、材质合成、模型重建三个部分。基于本设计，有多种实现方法来实现图4效果。核心都为基于图1的材质图片生成、材质生成，最后呈现效果到模型上。

1)图片生成：定义硅藻泥图案与肌理的数据结构，通过对应的数据可以计算得到图案与肌理之间的偏移关系。如附图4的场景，总共有3种材质，3种材质在肌理颜色替换场景中需要将纹理完美对齐。需要通过计算得到图案相对肌理纹理的偏移、旋转、缩放关系。并将其计算至图片合成上。如果图案存在替换颜色、部分编辑需求，则将对应的数据体现到图案材质的图片上。在此之外，通过烘焙图实现了实时效果呈现的能力，将材质效果，通过图片编辑模拟了渲染烘焙的能力，大幅提升了用户体验。最后将生成的材质传递给材质合成模块。

2)材质合成：材质合成中主要做的是对图片生成和部分参数化材质属性的整理；如附图4的场景，我们需要重新定义材质的缩放等属性，并将生成好的图片合并至材质中，生成多个混合材质。

3)模型重建：模型重建主要由混合材质与区域划分组成。如附图4的场景。我们需要将一个模型划分成3份区域，3份区域分别放置棕色鹿混合材质、白色羽毛混合材质、硅藻泥肌理材质。将材质与区域进行对应，并对模型的区域和材质属性进行相应的赋值，保证3分材质的纹理完全对缝。达到效果完美对齐的效果。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。