一種基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法，通過在二維平面內(nèi)定義內(nèi)陰影點光源，根據(jù)光源發(fā)射的直線和造型輪廓之間的交點來判斷內(nèi)陰影附著邊，進而生成內(nèi)陰影的過程，包括如下步驟：1）定義內(nèi)陰影點光源;2）確定內(nèi)陰影附著邊；3）中心投影，得到內(nèi)陰影附著邊的縮小圖形；4）將縮小圖形投影到造型平面上，得到它和原始內(nèi)陰影附著邊的閉合多邊形；5）填充閉合多邊形，得到內(nèi)陰影區(qū)域。本發(fā)明有效提高了二維動畫中的陰影制作效率，有效節(jié)約了人力成本，有效保證動動畫質(zhì)量。
【專利說明】一種基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光線跟蹤算法領(lǐng)域，具體涉及一種基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二維動畫中的陰影分為外陰影和內(nèi)陰影兩種，其中外陰影是指在光線照射情況下，造型實體在地面或墻壁上的投影，這種陰影能有效地表示圖形實體在空間中的位置，以及和其他實體之間的相互關(guān)系，在三維圖形處理中得到大量的應(yīng)用；內(nèi)陰影則是指在光線照射條件下，造型實體背光方向所形成的陰暗面，這種陰影能夠體現(xiàn)出光源照射的方向以及圖形實體的景深信息，在二維圖形處理中應(yīng)用廣泛。當前在計算機圖形學領(lǐng)域，對外陰影的研究非常廣泛，集中于三維圖形領(lǐng)域，成果也很多，但在二維圖形領(lǐng)域則研究較少；內(nèi)陰影方面則一直都是二維圖形處理過程中的難點問題，國內(nèi)外相關(guān)的研究也很少，在二維動畫制作過程中也只能通過手繪來完成，因此為了減少工作量，降低成本，國內(nèi)動畫制作人員都采取了規(guī)避陰影的做法，即在動畫作品中不進行陰影處理，這不可避免地造成了畫面沒有層次感、視覺效果差的結(jié)果。
[0003]當前，在二維圖形的陰影處理方面主要依靠手工繪制完成，但近年來，在圖像處理領(lǐng)域已經(jīng)提出了許多對圖像進行素描風格處理的算法，這一類算法可以通過圖像來生成素描圖。因為光影處理是素描畫繪制過程中的重要內(nèi)容，因此當前的圖像素描化算法中也就不可避免的要對原始圖像進行陰影處理，而這里的陰影處理主要是針對邊界的內(nèi)陰影處理，對于二維動畫中的外陰影則還需通過手繪方法生成。因此目前在二維圖形的陰影生成技術(shù)研究中主要解決的還是內(nèi)陰影的問題，即基于圖像處理得到內(nèi)陰影，其一般步驟如圖1所示:
通過對當前基于圖像處理的 陰影生成算法進行研究，我們認為其缺陷主要在于以下幾
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1、圖像因為是柵格數(shù)據(jù)，只能逐像素的賦值來實現(xiàn)陰影效果，因此在設(shè)定光照方向的時候只能設(shè)定自左向右、自右向左、自上而下以及自下而上等四種情況，而對于帶角度的光照方向只能通過明暗區(qū)域的分隔線來實現(xiàn)，所以在光照的模擬上和實際的效果要求存在一定的差異。
[0004]2、圖像主要通過像素的灰度來確定內(nèi)陰影的附著邊和內(nèi)陰影的區(qū)域像素，因此當圖像中的圖像灰度不均勻時，會出現(xiàn)臟區(qū)域，就如同墨跡一般，必須通過后期處理加以清除。
[0005]3、在圖像上一旦對內(nèi)陰影區(qū)域內(nèi)的像素進行賦值操作后，再要對其修改就變得比較困難，必須通過圖像處理軟件逐像素進行處理，工作量比較大，而且對于修改的效果也很難掌控。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種提高動畫的制作效率、有效節(jié)約成本、有效保證動動畫質(zhì)量的基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法，通過在二維平面內(nèi)定義內(nèi)陰影點光源，根據(jù)光源發(fā)射的直線和造型輪廓之間的交點來判斷內(nèi)陰影附著邊，進而生成內(nèi)陰影的過程，包括如下步驟:
1)定義內(nèi)陰影點光源；
2)確定內(nèi)陰影附著邊；
3)中心投影，得到內(nèi)陰影附著邊的縮小圖形；
4)將縮小圖形投影到造型平面上，得到它和原始內(nèi)陰影附著邊的閉合多邊形；
5)填充閉合多邊形，得到內(nèi)陰影區(qū)域。
[0008]在本發(fā)明一個較佳實施例中，通過在三維空間定義內(nèi)陰影點光源，然后根據(jù)光線直射的原理，結(jié)合二維動畫的五面造型，應(yīng)用光照投影算法求得造型外陰影的過程，包括如下步驟:
1)以造型為中心，定義外陰影的點光源，設(shè)定點光源的運動球面；
2)根據(jù)點光源的位置，確定造型的向光面；
3)調(diào)入向光面的數(shù)據(jù)，并對其進行旋轉(zhuǎn)，以正對點光源位置；
4)從點光源出發(fā)，將造型外輪廓投影到地面上，得到其外陰影。
[0009]在本發(fā)明一個較佳實施例中，定義內(nèi)陰影點光源后，采用光線求交的方式求得點光源發(fā)射的光線和造型外輪廓的交點`，進而確定背光面和向光面的過程為確定內(nèi)陰影附著邊技術(shù)，包括如下步驟:
1)初始化計算過程，
【權(quán)利要求】
1.一種基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法，其特征在于:通過在二維平面內(nèi)定義內(nèi)陰影點光源，根據(jù)光源發(fā)射的直線和造型輪廓之間的交點來判斷內(nèi)陰影附著邊，進而生成內(nèi)陰影的過程，包括如下步驟: . 1)定義內(nèi)陰影點光源； .2)確定內(nèi)陰影附著邊； . 3)中心投影，得到內(nèi)陰影附著邊的縮小圖形； . 4)將縮小圖形投影到造型平面上，得到它和原始內(nèi)陰影附著邊的閉合多邊形； . 5)填充閉合多邊形，得到內(nèi)陰影區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法，其特征在于:通過在三維空間定義內(nèi)陰影點光源，然后根據(jù)光線直射的原理，結(jié)合二維動畫的五面造型，應(yīng)用光照投影算法求得造型外陰影的過程，包括如下步驟: . 1)以造型為中心，定義外陰影的點光源，設(shè)定點光源的運動球面； . 2)根據(jù)點光源的位置，確定造型的向光面； .3)調(diào)入向光面的數(shù)據(jù)，并對其進行旋轉(zhuǎn)，以正對點光源位置； . 4)從點光源出發(fā)，將造型外輪廓投影到地面上，得到其外陰影。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法，其特征在于:定義內(nèi)陰影點光源后，采用光線求交的方式求得點光源發(fā)射的光線和造型外輪廓的交點，進而確定背光面和向光面的過程為確定內(nèi)陰影附著邊技術(shù)，包括如下步驟: .1)初始化計算過程，令k=0，、.k€,從光源向多邊形第k個頂點引一條直線，記為 SPk; .2)求解直線SPk和多邊形上每一線段(由多邊形的兩個頂點組成，設(shè)為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法，其特征在于:確定附著邊以后，根據(jù)附著邊的形狀來確定內(nèi)陰影的區(qū)域和形狀的過程為內(nèi)陰影繪制技術(shù)，包括如下步驟: . 1)取圖形對象的中心點沿Z軸正向平移M得到的點為視點，從該視點出發(fā)，求其和附著邊輪廓上每個頂點所連的直線和某一個平面的交點； .2)把平面戶‘上的頂點再投影到平面P中，實際上就得到了附著邊的一個縮小圖形，就可以把這些投影后的頂點作為內(nèi)陰影的區(qū)域頂點； .3)增加一個權(quán)值，用于標識附著邊頂點上陰影的深度，以便于更好地表現(xiàn)內(nèi)陰影的圓弧效果；. 4)把附著邊的頂點數(shù)組和新的頂點數(shù)組合并組成一個新的多邊形，并填色，此多邊形即為內(nèi)陰影區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于矢量數(shù)據(jù)的二維陰影生成方法，其特征在于:定義了點光源之后，結(jié)合二維動畫的五面造型，根據(jù)光線方向和物體輪廓，求解地面陰影的過程為外陰影繪制技術(shù)，包括如下步驟:1)定義光線方向；2)確定向光面；3)坐標轉(zhuǎn)換:①得到造型的中軸線；②以中軸線為旋轉(zhuǎn)軸，按照造型面對應(yīng)的角度對其進行旋轉(zhuǎn)，得到點位的三維坐標；③對造型外輪廓的每一個點，根據(jù)光照方向，計算其在地面的投影點；④所有的投影點連接成陰影區(qū)域；4)光照投影， 得到地面陰影。
【文檔編號】G06T13/80GK103745492SQ201310734151
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】沈?qū)W如, 張寶印, 張韶華, 郭連惠 申請人:江蘇如意通動漫產(chǎn)業(yè)有限公司