專利名稱：手繪圖案的合成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種圖案合成技術，尤其是涉及一種利用手繪裝飾圖案樣本生成大范 圍新圖案的圖案合成方法。
背景技術：
近年來，隨著多媒體技術的不斷發(fā)展，計算機繪圖環(huán)境日益完善，方便藝術設計人 員創(chuàng)作的數(shù)位板、數(shù)位屏和手寫筆等繪圖設備得到廣泛應用，大量圖案創(chuàng)作和設計的工作 開始在計算機上完成。紋理合成技術可以依據(jù)指定的紋理樣本通過相鄰區(qū)域的顏色匹配進 行圖像拼接合成出與其相似的大范圍紋理(朱文浩，魏寶剛.基于樣本的紋理合成技術綜 述.中國圖象圖形學報，2008. 13(11) :2063-2069)，但是這種技術沒有將知覺意義上的元 素視為整體來對待，因此不適用于手繪圖案的合成。
近幾年，圖形學界開始關注矢量手繪圖案合成技術。Barla等人(Barla，P.， S. Breslav, J. Thollot, F.Sillion, and L. Markosian, Stroke pattern analysis and synthesis. Computer Graphics Forum(Proc. of Eurographics 2006)，2006.25 (3) 663-671)提出的方法以一個小尺寸的手繪圖案作為樣本，首先將樣本中具有接近或重疊 關系的筆畫看作圖案元素，分析得到元素之間的局部相鄰關系；然后隨機生成一些種子點， 用Lloyd方法調整種子點使其分布均勻；接下來從中心的種子點開始，依照樣本中元素的 局部拓撲關系，逐一將每個種子點替換為樣本中的一個圖案元素，最后生成大范圍的圖案。 該方法只考慮元素相鄰關系這種局部特征，因此合成的圖案與樣本圖案只具有局部的相似 性，而沒有整體的相似性。
Ljiri 等人(Ijiri, Τ. , R. Mech, Τ. Igarashi, and G. Miller, An example-based procedural system for element arrangement. Computer Graphics Forum (Proc. of Eurographics 2008),2008. 27(2) :429-436)也提出了類似的方法，但合成的圖案與 樣本圖案同樣只具有局部相似性，忽略了整體相似性。Hurtut等人(Hurtut, T.，P. -E. Landes, J. Thollot, Y. Gousseau, R. Drouilhet, and J. -FCoeur jolly. Appearance-guided synthesis of element arrangements by example, in Proceedings of the 7th International Symposium on Non-Photorealistic Animation and Rendering(NPAR 2009).2009:51-60)也研究了基于樣本的手繪圖案合成。他們的算法首先由用戶繪制樣 本，并標注出哪些筆畫屬于同一個圖案元素，然后依據(jù)圖案元素的形狀特征將其聚類，并統(tǒng) 計各類元素出現(xiàn)的密度，最后按照樣本中的元素密度隨機地放置各類元素，得到合成的圖 案。由該方法合成的圖案與樣本具有部分整體相似性，但是由于不考慮各類圖案元素的空 間位置關系，此方法只適用于不存在明確的內部結構特征的圖案合成。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種根據(jù)人類視覺機制特征的手繪圖案的合成方法。
本發(fā)明包括以下步驟
1)使用數(shù)位板繪制圖案樣本；
2)輸入合成圖案的尺寸；
3)對圖案樣本中的圖案元素進行聚類，將圖案樣本中的每個圖案元素歸入一個元 素類別；
4)分析圖案樣本中的圖案元素的分布特征；
5)在指定的合成圖案尺寸范圍內放置種子點；
6)生成種子7)根據(jù)圖案樣本中的圖案元素的分布特征構造一個映射關系，將每個種子點映射 到一個元素類別；
8)根據(jù)映射關系將每個種子點置換為一個圖案元素，得到合成圖案并輸出。
在步驟1)中，所述圖案是一種帶有裝飾意味的花紋或紋樣，由有限種類的圖案元 素按照一定的拓撲結構排列而成，可廣泛應用于動漫設計、紡織品、廣告設計，工藝美術品 和建筑物上；所述圖案樣本表示借助繪圖板手工繪制的圖案示例，用于合成大面積圖案。
在步驟幻中，所述合成圖案表示通過本方法合成的圖案。
在步驟幻中，所述圖案元素表示圖案的組成單元，其本身不存在重復性，而反復 出現(xiàn)在同一圖案中；所述元素類別表示具有相似的形狀特征的圖案元素的集合，由圖案元 素進行聚類操作獲得。
在步驟幻中，所述種子點表示在生成大面積圖案時，先在繪圖區(qū)域內生成的一些 點，這些點每一個都將被置換成某個圖案元素。
在步驟6)中，所述種子圖表示對所有種子點進行德朗寧三角剖分所得到的圖。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1)人類的視覺機制研究表明，人腦對視覺信息的處理過程中同時考慮場景的局部 特征和整體特征，場景的局部和全局特征都對人腦的認知過程產生重要的影響(Treisman， A. and G. GeladeiA feature-integration theory of attention. Cognitive Psychology, 1980. 12(1) :97-136)。本發(fā)明提供一種兼顧局部特征和整體特征的手繪圖案合成方法。實 現(xiàn)的方法是以用戶繪制的小規(guī)模圖案樣本為輸入，通過對樣本的分析，合成出在視覺感受 上與樣本相近的大規(guī)模圖案。
2)用戶只需繪制一個小尺寸的圖案樣本，就可通過本發(fā)明獲得在視覺感受上與圖 案樣本相近的大范圍的合成圖案，克服了手工繪制圖案存在的缺點，與全手工繪制的方法 相比，可大大提高繪制效率。
3)合成圖案在結構上不存在周期性重復。與傳統(tǒng)的四方連續(xù)方法相比，合成的效 果更生動。
4)以圖案中具有獨立知覺意義的筆畫集合為合成的基本單位。相比紋理合成方 法，合成圖案更符合人類視覺認知規(guī)律。
5)兼顧圖案元素的形狀、圖案元素間的拓撲關系這些局部特征，以及圖案元素分 布的密度、均勻程度、各類圖案元素的比例這些整體特征。與以往的矢量手繪圖案合成方法 相比，合成圖案在視覺感受上與圖案樣本更相近。


圖1為一個典型的手繪圖案示例。
圖2為本發(fā)明的主要流程圖。
圖3為圖案元素聚類特征的說明。其中1為一個圖案元素；2標出了這個圖案的 整體特征；3標出了這個圖案的筆畫特征。
圖4為圖案元素聚類結果示例。其中4為圖案樣本；5為圖案元素聚類結果。
圖5為提取圖案元素間的相鄰關系。其中6為圖案樣本；7為對樣本進行德朗寧 三角剖分的結果；8標出了 6中一個圖案元素的相鄰關系。
圖6為由種子圖生成圖案結果。其中9為種子圖；10為本發(fā)明得到的圖案合成結果。
具體實施方式
以下實施例將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
圖1給出一個典型的手繪圖案示例，手繪圖案合成方法的流程如圖2所示，分為樣 本繪制、樣本分析和圖案合成三個模塊。該流程依次有如下步驟
1.樣本繪制模塊使用數(shù)位板繪制圖案樣本，通過Wintab接口監(jiān)聽并獲取繪圖板 信息。采用點、筆畫、圖案元素三級結構描述圖案樣本。
1)每當數(shù)位板返回一個消息時，提取消息中的橫坐標、縱坐標、壓感這三項數(shù)據(jù)記 錄為一個采樣點。
2)每次筆尖落在數(shù)位板上到筆尖離開數(shù)位板的過程中記錄的所有的采樣點記錄 為一個筆畫。
3)使用者逐個繪制圖案元素。每次繪制完一個圖案元素，向系統(tǒng)發(fā)送一個完成消 息。從樣本繪制模塊開始執(zhí)行到第一個完成消息之間記錄的所有的筆畫記錄為一個圖案元 素。此后每兩個完成消息之間記錄的所有的筆畫記錄為一個圖案元素。
4)按照繪制的順序，以從0開始的整數(shù)為每個圖案元素編號，記作elD。
5)計算每個圖案元素的重心的橫、縱坐標一個圖案元素的重心的橫坐標為此圖 案元素中所有采樣點的橫坐標的算數(shù)平均值，其重心的縱坐標為此圖案元素中所有采樣點 的縱坐標的算數(shù)平均值。
6)所有的由使用者繪制的圖案元素構成圖案樣本。
7)由使用者輸入合成圖案的長和寬。合成圖案的長和寬以像素為單位，總稱合成 圖案的尺寸。
2.樣本分析模塊
1)圖案元素聚類如圖3所示，以圖案元素的形狀特征作為依據(jù)，對圖案元素進行 聚類操作。
a.提取圖案元素特征
定義圖案元素的包圍盒為該圖案元素的一個面積最小的外接矩形，定義較長的邊 為包圍盒的長，與其垂直的邊為寬，如圖3中2處所示。對于圖案元素整體，選取2個特征 圖案元素的包圍盒的面積a，圖案元素的包圍盒的長寬比r。對圖案元素的每個筆畫m分別 提取3個特征筆畫m的長度lm，筆畫m的方向dm，筆畫m的彎曲度cm。計算lm、dm和cm 時，先旋轉圖案元素，使其包圍盒的較長邊與y軸重合，且圖案元素第一筆的起點在偏左的位置。以筆畫的骨架曲線的長度作為筆畫的長度，以筆畫的起點指向終點的方向作為筆畫 的方向。如果筆畫的起點和終點距離很近，經(jīng)驗值是小于筆畫長度的1/5，則認為該筆畫沒 有明顯的方向性，令其方向為0。筆畫的彎曲度為筆畫的骨架上的點到起點和終點連線的最 大值。如圖3中3處所示。計算公式如下
權利要求
1.手繪圖案的合成方法，其特征在于包括以下步驟1)使用數(shù)位板繪制圖案樣本；2)輸入合成圖案的尺寸；3)對圖案樣本中的圖案元素進行聚類，將圖案樣本中的每個圖案元素歸入一個元素類別；4)分析圖案樣本中的圖案元素的分布特征；5)在指定的合成圖案尺寸范圍內放置種子點；6)生成種子圖；7)根據(jù)圖案樣本中的圖案元素的分布特征構造一個映射關系，將每個種子點映射到一 個元素類別；8)根據(jù)映射關系將每個種子點置換為一個圖案元素，得到合成圖案并輸出。
2.如權利要求1所述的手繪圖案的合成方法，其特征在于在步驟1)中，所述圖案是一 種帶有裝飾意味的花紋或紋樣，由有限種類的圖案元素按照一定的拓撲結構排列而成。
3.如權利要求1所述的手繪圖案的合成方法，其特征在于在步驟1)中，所述圖案樣本 表示借助繪圖板手工繪制的圖案示例，用于合成大面積圖案。
4.如權利要求1所述的手繪圖案的合成方法，其特征在于在步驟3)中，所述圖案元素 表示圖案的組成單元。
5.如權利要求1所述的手繪圖案的合成方法，其特征在于在步驟3)中，所述元素類別 表示具有相似的形狀特征的圖案元素的集合，由圖案元素進行聚類操作獲得。
6.如權利要求1所述的手繪圖案的合成方法，其特征在于在步驟5)中，所述種子點表 示在生成大面積圖案時，先在繪圖區(qū)域內生成的一些點，這些點每一個都將被置換成某個 圖案元素。
7.如權利要求1所述的手繪圖案的合成方法，其特征在于在步驟6)中，所述種子圖表 示對所有種子點進行德朗寧三角剖分所得到的圖。
全文摘要
手繪圖案的合成方法，涉及一種圖案合成技術。提供一種根據(jù)人類視覺機制特征的手繪圖案的合成方法。使用數(shù)位板繪制圖案樣本；輸入合成圖案的尺寸；對圖案樣本中的圖案元素聚類，將圖案樣本中的每個圖案元素歸入一個元素類別；分析圖案元素分布特征；放置種子點生成種子圖；構造一個映射關系，將每個種子點映射到一個元素類別；將每個種子點置換為一個圖案元素得合成圖案?？色@得在視覺感受上與圖案樣本相近的大范圍的合成圖案，克服了手工繪制圖案存在的缺點，與全手工繪制的方法相比，可大大提高繪制效率。合成圖案在結構上不存在周期性重復。與傳統(tǒng)的四方連續(xù)方法相比，合成的效果更生動。相比紋理合成方法，合成圖案更符合人類視覺認知規(guī)律。
文檔編號G06T11/00GK102034252SQ20101061155
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權日2010年12月29日
發(fā)明者劉東威, 周昌樂, 張俊松 申請人:廈門大學