[发明专利]一种基于遗传算法的动漫模型设计方法

摘要

本方法的理论基础取自于生物进化科学、计算机科学和设计方法学，主要算法借鉴生物科学的进化理论；实现依赖计算机科学的计算模型、算法及可视化技术，最终服务对象是信息时代的动漫设计人员。本方法中首先进行动漫模型识别与重构，建立基本的动漫模型；然后采用基于相邻结构线判别技术的删减算法进一步优化造型；最后，以某种造型为种子生成一个种群，按照适应度计算、选择、交叉和变异进行交互式进化设计，从而产生大量形态各异的造型。如果对设计的动漫模型已经满意，则结束。如果对所设计的动漫模型不满意，则继续进行进化设计。通过本方法，设计人员只需简单点击鼠标就可以得到丰富的卡通造型。

主权项

一种基于遗传算法的动漫模型设计方法一种基于遗传算法的动漫模型设计方法，其特征在于：设计过程通过遗传算法和人工交互方式来完成，可以产生大量形态各异的动漫模型，具体过程如下：第一阶段、基本动漫模型的设计可以通过以下任何一种方法得到基本动漫模型：方法1：使用NURBS造型技术，通过放样建立动漫模型第一步：构造3阶NURBS曲线，数学公式为一有理多项式矢量函数(提供1到7阶，默认为3阶)： c ( n ) = Σ i = 0 n w i p i N ( i , k ) ( u ) Σ i = 0 n w i N ( i , k ) ( u ) 其中，wi(i＝0，1，…，n)称为权因子，分别与控制顶点pi(i＝0，l，…，n)相联系；N(i，k)(u)为k次规范B样条基函数；第二步：按放样顺序自上而下或由下而上选择曲线进行放样，放样出NURBS曲面；第三步：通过对NURBS曲面进行编辑，可以很方便地完成一些特殊的曲面构造工作；方法2：动漫模型识别与重构第一步：手工制作或从因特网中导入造型模型Obj；第二步：通过getAttr(Obj.spanU)或getAttr(Obj.spanV)函数获得造型U、V两方向结构线数目isoparm_num；第三步：使用duplicateCurve函数对造型U方向或V方向的结构线进行提取；第四步：使用xform函数获取每条结构线上控制编辑点(EP点)的全局位置信息，并存储在ep_point[M][N]二维数组中；第五步：借助ep_point[M][N]数组中存储的点信息使用curve函数进行结构线的重构；第六步：使用scale函数对结构线进行缩放，move函数进行位置移动；第七步：对调整好的结构线使用loft函数放样，得到全新的造型；第二阶段、动漫模型优化基于相邻结构线判别技术的删减方法如下：第一步：采用上面介绍的算法提取结构线，并存储结构线EP点信息；第二步：对于结构线isoparm[i]上的每个编辑点isoparm[i].ep[j]，计算其到相邻结构线isoparm[i 1]和isoparm[i+1]对应编辑点isoparm[i 1].ep[j]和isoparm[i+1].ep[j]连线的距离distance；第三步：当distance小于指定阈值Thresh_EP_Distance时，则认为该点在连线上，如果isoparm[i]上有80％的EP点在连线上，就认为此条结构线为冗余结构线，并记录结构线编号i；第四步：依次执行步骤第三步、第四步直到判断完全部结构线为止，并删除冗余结构线；第三阶段、基于遗传算法的动漫模型进化第一步：初始化种群选择要进化的动漫原型作为种子，输入种群的个体数目n，系统自动生成初始种群；第二步：适应度计算指定各个个体的适应度f(i)，i＝1…n其中适应度值范围为1～10分，1分和2分表示很差，3分和4分表示差，5分和6分表示一般，7分和8分表示好，9分表示很好，10分表示完美；第三步：选择：使用轮盘赌选择法计算各个个体的选择概率： p ( i ) = f ( i ) Σ j = 1 n f ( j ) 对p(i)进行排序；生成随机数0r1，选择出最接近的个体；第四步：单点交叉生成一个随机整数l，l＝1…n 1； s ( i ) = a 11 a 12 . . . a 1 l a 1 m . . . a 1 n s ( j ) = a 21 a 22 . . . a 2 l a 2 m . . . a 2 n ⇓ s ′ ( i ) = a 11 a 12 . . . a 2 l a 2 m . . . a 1 n s ′ ( j ) = a 21 a 22 . . . a 1 l a 1 m . . . a 2 n 第五步：变异：可以对要变异的父个体采用单点变异或多点变异；(1)单点变异：生成一个随机整数l，l＝1…n 1 s ( i ) = a 11 a 12 . . . a 1 l . . . a 1 n ⇓ s ′ ( i ) = a 11 a 12 . . . a 1 l ′ . . . a 1 n (2)多点变异：生成多个随机整数lj，lj＝1…n 1；j＝1…n/2 s ( i ) = a 11 a 12 . . . a 1 l 1 . . . a 1 l 2 . . . a 1 l j . . . a 1 n ⇓ s ′ ( i ) = a 11 a 12 . . . a 1 l 1 ′ . . . a 1 l 2 ′ . . . a 1 l j ′ . . . a 1 n 如果对设计的动漫模型已经满意，就可以结束整个设计过程；如果对所设计的动漫模型不满意，则可以继续进行进化设计，重复第二步至第五步。