[发明专利]基于普通三维模型的皮影模型制作方法

权利要求书

1.一种基于普通三维模型的皮影模型制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

（1）以普通的三维模型为输入素材，采用网格分割、二次编辑的方式，从模型的外形和纹理两个方面对输入的三维模型进行风格化处理，以模拟传统皮影在造型和色彩方面的艺术特征；对模型网格进行切割采用基于平面的模型剖切方法，根据剖切平面的位置和法线信息，对每个面片进行相交计算，针对不同的相交情况采取不同的处理策略，并更新网格的拓扑信息，从而反映出传统皮影角色由多个具有视觉意义的组件所组成的特征；

（2）采用了矢量化纹样绘制、颜色混合、多次双边滤波、颜色区域划分方式，对皮影模型进行细部的风格化；

（3）采用渲染到纹理的方法对模型进行平面化，再根据平面化的信息进行边缘查找、多边形的三角划分等处理，最后生成有一个厚度的皮影模型；

其皮影模型制作方法具体为：

Ⅰ、三维模型的分割：

a导入一个三维模型素材模型M，用户通过选择方向参数在计算机屏幕上绘制一个平面，并用鼠标控制平面的旋转和平移，最终确定一个剖切平面；

b采用基于平面的三角网格剖分方法对模型进行分割，根据步骤a所确定的剖切平面的位置和法线信息，以该模型M的三角形面片总数为循环条件，遍历模型所有的三角形面片，对每个面片进行相交计算，针对不同的相交情况，进行不同的插入新的点、插入新的面片、更新纹理坐标操作，并更新网格的拓扑信息，处理完成后，模型以平面为界，被拆分为两个部分；

c反复进行步骤a和b，直到三维模型素材M被分割成为具有视觉意义的M1，M2，…,Mi，…,Mn三维模型部件，n=模型被划分的子模型总数，1<=i<=n；

Ⅱ、三维模型部件的二维化：

将各个三维模型部件M1,M2,…分别以用户指定的面向进行渲染，将模型面向用户的一面渲染成为可以进行二次编辑的二维图像P1,P2,…，并计算出皮影模型的初步平面网格数据L1,L2,…, 具体为：

a用鼠标设置摄像机的位置、朝向，使其对准一个模型部件Mi的侧面，采用渲染到纹理技术RTT在此状态下渲染一帧，然后将渲染结果写入内存成为一张可以进行二次编辑的二维图像Pi；

b对二维图像Pi进行边缘查找，找到所有的边缘像素，并计算它们在二维图像中的顶点坐标以及对应的纹理坐标；

c根据上下左右的位置关系，将边缘像素以邻接链表形式组织为带权值的无向图，其中，从右上角开始顺时针方向，权值依次减小；

d对图进行深度优先遍历，先遍历权值较大的弧连接的结点，得到的遍历序列即为边缘多边形的顶点序列；

e采用递归割耳算法对多边形进行三角形剖分，计算出皮影模型的平面网格数据Li；

f反复进行步骤a-e，直到所有子模型部件M1，M2，…都处理完毕；

Ⅲ、皮影部件二次编辑

对模型部件二维化后生成的二维图像P1，P2，…进行二次编辑，有以下几种编辑方法：

a纹样绘制:

①采用GDI+技术，通过与用户的交互在二维化形成的图片上绘制纹样，以模拟在传统皮影上的精美繁复的花纹；

②采用GDI+中的画刷，对所绘制的图形进行填充；

③采用GDI+中区域的操作，根据定义好的第一个图形，使后续选择的图形与第一个做intersect和union操作，实现图形的交集或者并集；

b皮质效果：

根据提供的皮质纹理，将皮质纹理每个像素的RGB值与二维化图片每个像素的RGB值按用户指定的混合参数进行混合，混合后的RGB值作为新的像素数据；

c传统色调：

将二维图片的像素数据从RGB颜色空间转换到HSL颜色空间，根据用户给定的5个色调值H1、H2、H3、H4、H5，将每个像素的色调值H的线性调整到H1-H5中和它邻近的一个色调值上，调整完成后再将像素数据从HSL颜色空间转换回RGB颜色空间；

d水彩化：

根据色彩参数和空间参数，对二维图片进行多次双边滤波；

Ⅳ、皮影模型部件生成：

根据步骤Ⅱ生成的皮影模型的初步网格数据L1，L2,…，将完成二次编辑的部件生成具有指定厚度的皮影部件三维模型R1，R2,…，具体为：

a复制步骤Ⅱ生成的皮影模型的初步网格数据Li，并根据指定的模型厚度N修改每个顶点的Z坐标，至此得到两片皮影模型的平面网格数据，它们对应顶点的X、Y坐标一致，Z坐标相差N；

b 将两片皮影模型的平面网格数据的对应边缘顶点以三角形面片的形式连接起来，并更新网格的拓扑信息，使得平面的网格数据变为具有一定厚度的模型网格，皮影模型初步生成；

c设置皮影模型的纹理坐标、顶点颜色信息，并将经过二次编辑的二维图像Pi映射到网格模型上，皮影部件三维模型Ri生成；

d反复进行步骤a-c，直到所有的皮影模型部件R1，R2，…全部生成；

Ⅴ、皮影模型组装：

a用鼠标调整各个皮影模型部件R1，R2，…的大小，方向，坐标，将它们放在合适的位置；

b以其中一个皮影模型部件为基准，分别计算其他皮影模型部件相对于该模型的变换矩阵，并根据变换矩阵重新计算这些皮影模型部件中的顶点坐标，从而使得所有的皮影模型部件位于同一坐标系下；

c将所有皮影模型部件的网格数据存放在一个模型网格中，生成一个完整的皮影角色模型并导出以文件形式保存。