模拟三维素描铅笔画的绘制方法

摘要

本发明公开一种模拟三维素描铅笔画的绘制方法，有三维图形输入模块、明暗色调抽取模块、绘制模式生成模块及绘制模块，根据素描铅笔画的特点定义了新的区域划分、采样及绘制模式，所采用的明暗色调抽取方法简单快速，同时所定义的三种笔触模型也简单易行，充分利用铅笔画近似的特性，加快了后续绘制过程速度，提高了绘制三维场景素描铅笔画的效率，利于在实际生产中普及。

主权项

一种模拟三维素描铅笔画的绘制方法，其特征在于按如下步骤进行：a. 输入三维几何模型方程，获得三维几何图形；b. 对三维几何模型进行明暗色调及光亮度的抽取：b.1 在获取的三维几何图形表面选取等距离长度d的分点，将三维几何模型所在三维几何空间分为n个平面，每个平面分别记为归类层part¹、part²、…partⁿ；b.2 对各归类层partⁱ分别进行光源遮挡判断，确定该归类层partⁱ所在位置的明暗信息；b.3 计算一个归类层partⁱ的中心点与上下归类层中心点的叉积，将该叉积存储为vector¹，计算归类partⁱ的中心点与其左右归类层中心点的叉积，并存储为vector²；b.4 对一个归类层partⁱ，将其对应的vector¹和vector²做为该平面的法向量，利用phong模型计算该平面中心点的反射光亮度，存储归类层partⁱ的反射光亮度；c. 定义竖线笔触模型、横线笔触模型或弧线笔触模型，对三维模型均匀分点，建立绘制模式：c.1 定义竖线笔触模型、横线笔触模型、弧线笔触模型；约定：笔触的起点为A(x_a,y_a,z_a), 笔触的终点为B(x_b,y_b,z_b), 圆心坐标为O(x_o,y_b,z_o)；c.1.1竖线笔触模型是指以分点A(x_a,y_a,z_a)为起点竖直向下一段长度的线段，竖线笔触模型取一定范围内的随机数h ，使所画的竖直笔触的长度为h•d ，由直线方程推出所绘制笔触的终点B(x_b,y_b,z_b)坐标为(x_a,y_a‑h• d,z_a)；c.1.2横线笔触模型是指以分点A(x_a,y_a,z_a)为中点相切于三维几何模型表面的横线段，横线笔触模型设通过A点绘制随机长度为横线笔触，其中为一定范围内的随机数，设圆柱的中轴线垂直于平面，过A点与圆柱中轴线垂直的圆柱截面的圆心坐标为，则以A点为中点的横线的起点B(x_b,y_b,z_b)和终点坐标分别为：；；c.1.3弧线笔触模型是指以分点A(x_a,y_a,z_a)为起点，通过调节圆弧半径、水平分量和竖直分量向右下或左下方所绘制的弧线段，弧线笔触以A为起点在垂直于轴的平面内绘制一条弧线，然后计算圆柱上过A点切平面的法向量以及它与平面法向量的夹角，最后将弧线绕A点旋转角即可得到以A为起点的弧线笔触；c.2：对三维几何模型建立矩形包围盒，建立三维坐标系，模型中心为坐标系原点，对坐标系建立八个卦限为octant¹、octant²、…octant⁸， 每个卦限选取两个点p，q，作为生成笔触的点；c.3：对于每个卦限上的点p，q，利用Phong模型计算它们在投影屏幕上的漫反射光亮度并予以保存；c.4：对三维几何模型，选取等距离长度d，对每一个固定的u，进行u向等距离d分点，并将分点保存到临时二维数组A中，再以临时二维数组A的点为参照点，沿着总体v向进行等距离d分点，u向、v向分得的点作为三维几何模型的分点m；d. 在三维几何模型上的分点m处，按照b.2步骤所确定的明暗信息、b.4步骤存储的反射光亮度及c.1 步骤定义的笔触模型绘制相应的线条笔触，绘制顺序是按照分点m在观察坐标系下的z坐标从小到大排序进行绘制；在三维几何模型上的点p，q，按照c.3步骤所保存的反射光亮度及c.1 步骤定义的笔触模型绘制相应的线条笔触。