基于笔触的铅笔素描模拟和绘制系统

摘要

本发明公开了一种基于笔触的铅笔素描模拟和绘制系统。该系统以三维几何模型作为输入，采用自动生成结合交互式的方式生成铅笔素描图片。该系统将铅笔素描绘画中的笔触分为特征笔触和影线笔触，并分别进行模拟和绘制。系统主要包含五个模块：用户交互模块、特征路径自动生成模块、影线路径自动生成模块、由路径生成笔触模块、绘制输出模块。该发明具有符合人类实际铅笔素描创作机理、绘制效果真实、易于编辑修改等特点，在计算机辅助设计、艺术设计、特效制作、数字娱乐等方面具有重要的应用价值。

主权项

1.一种基于笔触的铅笔素描模拟和绘制系统，其特征在于，该系统包括：用户交互模块，用于为用户提供界面进行三维几何模型选择并将选择的三维几何模型输出至特征路径自动生成模块和影线路径自动生成模块；特征路径自动生成模块，用于根据输入的三维几何模型自动生成特征路径；影线路径自动生成模块，用于根据输入的三维几何模型自动生成影线路径；由路径生成笔触模块，用于根据特征路径自动生成模块生成的特征路径和影线路径自动生成模块生成的影线路径，生成特征笔触和影线笔触的几何及其属性；绘制输出模块，用于根据笔触的几何和属性，采用铅笔物理模型绘制出铅笔笔触；其中，所述特征路径自动生成模块根据输入的三维几何模型自动生成特征路径进一步为：所述特征路径自动生成模块从输入的三维几何模型中存储的三角面片上提取特征片段，所述特征片段为单个三角面片中提取的特征路径，其由两个端点以及两个端点的连线组成：首先对三角面片中的每个顶点计算规范化点积值：$d_i=\frac{n_i·(c-v_i)}{|n_i·(c-v_i)|},$其中，v_i是顶点i的空间坐标，n_i是v_i的顶点法向量，c是照相机的空间坐标；然后根据如下公式标记顶点符号：$s_i=\left\{\begin{array}{c}+:d_i\ge 0\\ -:d_i<0\end{array}\right.,$如果三角面片中三个顶点的s_i值出现异号的情况，则说明该三角面片中存在特征片段，用如下的线性插值公式即可以得到特征片段的两个端点(s₁,s₂)：$s_1=\frac{\left|d_2\right|}{\left|d_1\right|+{|d}_2|}{v}_1+\frac{\left|d_1\right|}{{|d}_1|+{|d}_2|}{v}_2,$$s_2=\frac{\left|d_3\right|}{\left|d_1\right|+\left|d_3\right|}{v}_1+\frac{{|d}_1|}{\left|d_1\right|+\left|d_3\right|}{v}_3;$所述特征路径自动生成模块根据输入的三维几何模型和提取的特征片段构造身份参考图像；所述特征路径自动生成模块利用身份参考图像，使用消隐线算法对特征片段进行消隐；所述特征路径自动生成模块将消隐后的特征片段链接成特征路径。