[发明专利]一种特征增强的三维模型线绘制方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维模型线绘制、非真实感绘制、计算机艺术、卡通动漫、医学数据可视化、对象识别和匹配、虚拟导航等领域，更具体地，在艺术展示、工程制图、资料插图中采用的一种特征增强的三维模型线绘制方法。

背景技术

现有的三维线绘制方法主要集中在如何获取模型的特征线，以及如何根据其他信息控制特征线宽度的变化来产生艺术化效果的工作上，近期的线绘制算法则以绘制更丰富的特征线为目的，根据几何微分信息赋予特征线以明确的数学定义，并判断模型上的各个点是否在特征线上。目前常用方法如下：

DeCarlo等人提出了启发式轮廓线，即径向曲率为零的曲线，表明曲面在何处背离观察者。所谓启发式轮廓线，即当视点发生细微变化时新出现的轮廓线，它表示在当前视点下对于模型的描述具有启发式的效果，是轮廓线的扩展与延伸；Ohtake等则给出了褶皱脊线的数学定义，通过使用多层次隐式曲面拟合有有限差分近似方法估算主曲率及其微分属性，将最大主曲率的导数为零，其二阶导数为负，且最大主曲率小于最小主曲率的绝对值的点定义为脊线上的点，相反则为谷线上的点，通过提取出相应的点之后连接起来，构成谷线与脊线，丰富了模型细节，能有效表现出模型的凹凸区域；Judd等在Ohtake的基础上更进一步，提出了显著褶皱线算法，该算法通过物体空间到视平面的映射计算，将远离视点中心的主曲率变大，提取出比褶皱脊线更清晰的显著褶皱线；Luo Tao等则将线绘制技术应用于考古中，通过随机游动建立遗迹的多尺度表示，由最小描述长度准则选定模型尺度，最终应用褶皱脊线方法生成线绘制结果，结果表明此方法与人工手绘方法结果类似，可一定程度上代替人工繁琐的工作。 

上述现有的线绘制方法已和手绘结果类似，已能较好的表现模型性质，但若模型平坦区域较多，则效果较差，物体表面细节不丰富，且现在的主要技术更注重于特征线的几何与数学定义，而这些数学定义普遍是用网格模型表面顶点的微分信息来表示，这些微分信息基本都是基于模型局部的几何和拓扑关系来估算的，这就不可避免地造成提取出来的特征线更多地表征模型的局部信息，而相应地忽略了模型的整体特征。

发明内容

为了解决现有线绘制方法不能有效的保存模型的整体形态信息，物体表面细节不够丰富，视觉感知艺术效果不强等缺陷，本发明提供了一种特征增强的三维模型线绘制方法，将表征三维模型整体特征的线性骨架信息引入线绘制中，包括如下步骤：

步骤（1）：基于点遍历的轮廓线提取算法提取模型的轮廓线；

步骤（2）：绘制三维模型的几何特征线；

步骤（3）：运用基于凸壳与OBB的骨架提取算法提取出模型骨架特征线，包括骨架特征提取和基于骨架的线绘制。

进一步的，步骤（2）中根据几何特征的权值将三维模型分成几何和非几何特征，绘制几何特征线。

进一步的，将权值小于设定阈值的点设为几何特征域点集S，然后将这些点按邻接关系进行连接操作，即可获取几何特征域的线条表示：对于任意顶点                                                ，按照几何权值从小到大排列，几何特征线提取过程如下：

Step 1. 对于中顶点，取出（中几何权值最小的点）作为当前顶点，将加入路径链，路径长度设为0，并将从中删除；

Step2. 遍历的所有邻接点，得到，且满足在的邻接点中几何权值最小；

Step3. 如果不存在，跳到步骤5；

Step4. 将加入路径链，路径长度加，从中删去，并令，返回步骤2；

Step5. 若此时路径长度小于用户设定的长度，则删去此路径链，以避免产生短碎的线条，否则将路径链作为凹区域特征线。若，则提取完成，否则返回步骤1。

进一步的，步骤（3）中所述骨架特征提取包括：对三维模型进行交互分割的基础上，对分割后的各个部分求取凸包，用凸包顶点来近似代替模型各部分，然后取凸包顶点的形心作为初始骨架点，对各部分凸包顶点求取OBB，通过OBB将相邻两部分的相交点集求出，用该点集的形心做为关节点，骨架点连接后做冗余性检测，若某骨架点与相邻关节点连接成的两条线夹角大于设定的阈值，说明该骨架点冗余，删去该点，最后生成完整骨架。