[发明专利]一种基于草图实现形状保持的树木变形动画方法

摘要

本发明公开了一种基于草图的形状保持树木变形动画方法，包括：创建三维树木模型；将三维树木模型用骨架和树叶簇的形式表示；选择感兴趣的视角，检测步骤(2)中所述的三维树木模型的树冠侧影轮廓线，并在草图上绘制变形动画目标树冠侧影轮廓线，将三维树木模型的树冠侧影轮廓线逐渐变形成为变形动画目标树冠侧影轮廓线，并将三维树木模型的树冠侧影轮廓线的形变传递到枝条上，得到平滑的树木变形过程；逐帧记录树冠侧影轮廓线和枝条的变形过程，得到形状保持的树木变形动画。本发明保持树木拓扑一致性和树冠形态学意义，还提供了一种直观的三维树木编辑操作，仅需要绘制简单的草图就能够有效地编辑三维树木模型。

主权项

1.一种基于草图实现形状保持的树木变形动画方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)创建三维树木模型；(2)将三维树木模型用骨架和树叶簇的形式表示，包括：(2.1)分离三维树木模型的树叶和树干，所述树干包括树木的主干部分和枝条部分；(2.2)提取三维树木模型中树干的骨架；(2.3)基于人对树木主干结构和树冠整体形状的视觉认知确定三维树木模型中的树冠部分，将树冠部分拆分为由树叶组成的若干个外轮廓几何结构，以树叶簇表示，并用均值坐标表示内层树叶簇侧影轮廓线与外层树叶簇侧影轮廓线的相对位置关系；(3)选择感兴趣的视角，检测步骤(2)中所述的三维树木模型的树冠侧影轮廓线，基于草图绘制变形动画目标树冠侧影轮廓线，而后将草图映射到三维树木模型的树冠侧影轮廓线上；(4)将三维树木模型的树冠侧影轮廓线逐渐变形成为变形动画目标树冠侧影轮廓线，并将三维树木模型的树冠侧影轮廓线的形变传递到枝条上，得到平滑的树木变形过程；具体过程为:利用树木枝条间的层级关系，建立树叶簇的多尺度拓扑结构树，并利用变形传递算法首先将三维树木模型的树冠侧影轮廓线逐渐变形成为变形动画目标树冠侧影轮廓线，然后通过拉普拉斯变形算法将三维树木模型的树冠侧影轮廓线的形变传递到树木枝条上，从而得到平滑的树木变形过程；包括:(4.1)将外层树叶簇当作内层树叶簇的包围网格，并建立多尺度树叶簇拓扑结构树；(4.2)根据内层树叶簇侧影轮廓线相对于外层树叶簇侧影轮廓线的均值坐标更新内层树叶簇的侧影轮廓线，依据多尺度树叶簇拓扑结构树，不断地更新内层树叶簇的侧影轮廓线，并将外层树冠侧影轮廓线的形变沿多尺度树叶簇拓扑结构树由外及内逐渐传递到最内层最细尺度的树叶簇为止；(4.3)依据发生形变的树叶簇侧影轮廓线对树叶簇三维模型进行形变并传递到枝条上；(5)逐帧记录步骤(4)中的树木变形过程，得到形状保持的树木变形动画。