叢紅艷

摘 要： 針對傳統(tǒng)的三維自動生成方法存在效果差的問題，提出基于對象層次與表面層次隨動渲染技術(shù)的多幀二維動畫圖像三維自動生成技術(shù)。采用相似度度量方法進(jìn)行圖形渲染的表面層次平滑處理，利用對象層次與表面層次隨動信息融合方法進(jìn)行動畫圖像渲染，實現(xiàn)多幀二維動畫圖像的三維重構(gòu)與動態(tài)生成。仿真結(jié)果表明，采用改進(jìn)方法進(jìn)行多幀二維動畫圖像重構(gòu)生成，圖像具有較高的逼真性。

關(guān)鍵詞： 多幀二維動畫圖像； 三維圖像自動生成； 圖像渲染； 圖像動態(tài)生成

中圖分類號： TN911.73?34； TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）18?0098?03

3D image automatic generation technology based on multi?frame 2D animation image

CONG Hongyan

（School of Art & Engineering， Xian Polytechnic University， Xian 710048， China）

Abstract： For the poor effect existing in traditional 3D image automatic generation methods， a 3D image automatic generation technology for multi?frame animation image is put forward， which is based on follow?up rendering technology of object hierarchy and surface hierarchy. The similarity measurement method is used to smooth the surface hierarchy for graphics rendering. The follow?up information fusion method of object hierarchy and surface hierarchy is adopted to render the animation image to realize the 3D image reconstruction and dynamic generation of multi?frame 2D animation image. The simulation results show that the improved method used to reconstruct and generate the multi?frame 2D animation image has high image verisimilitude.

Keywords： multi?frame 2D animation image； 3D image automatic generation； image rendering； image dynamic generation

三維動畫圖像具有多幀動態(tài)隨動特性，在進(jìn)行動畫圖像的三維生成和重構(gòu)處理中，需要使用先進(jìn)的三維圖形處理技術(shù)進(jìn)行三維動態(tài)隨動渲染。通過對動畫圖像跟蹤渲染，提高三維動畫圖像的自動生成能力，研究多幀二維動畫圖像的三維自動生成技術(shù)在進(jìn)行大型動漫設(shè)計以及圖形數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建等領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價值[1]。傳統(tǒng)方法采用OpenFlight建模方法進(jìn)行三維動畫圖像自動生成處理，隨著圖像處理規(guī)模的增大，圖形的渲染效果和生成效果不好。對此，本文提出一種改進(jìn)的基于多幀二維動畫圖像的三維自動生成技術(shù)，采用對象層次與表面層次隨動渲染方法進(jìn)行三維自動生成處理，通過算法設(shè)計和仿真分析，得出有效性結(jié)論。

1 多幀二維動畫圖像的采集和處理環(huán)境描述

為了實現(xiàn)基于多幀二維動畫圖像的三維自動生成處理，首先需要構(gòu)建多幀二維動畫圖像的采集模型，建立GPU實時圖形渲染模型進(jìn)行多幀二維動畫圖像采集與圖像處理，分析三維圖像分布的位置和視點特征，判斷當(dāng)前可視范圍內(nèi)的二維層析圖形結(jié)構(gòu)，結(jié)合靜態(tài)視點的集合層次（Group Level）構(gòu)建方法進(jìn)行圖像處理，實現(xiàn)圖像渲染和三維動態(tài)圖像重構(gòu)[2]，得到多幀二維動畫圖像的采集和渲染過程如圖1所示。

根據(jù)圖1所示的圖像處理過程進(jìn)行圖形渲染與動畫圖像的三維重構(gòu)，多幀二維動畫圖像三維重構(gòu)區(qū)域的信息特征傳導(dǎo)模型如下：

[standlr=（ynup-yndown）4xnleft=xnleft-xpleft， xnleft≥standlrxnleft， xnleft

式中，[xnleft，xpleft，ynup，ypup]為多幀二維動畫圖像自然分層區(qū)域矩陣[ZeroArray]與特征差異判斷標(biāo)準(zhǔn)[colorstand]統(tǒng)計平均值。在對象層次 （Object Level）的渲染引擎[3]，調(diào)整模板大小和圖形跟蹤渲染的聚類中心，得到多幀二維動畫圖像場景數(shù)據(jù)庫中信息完整區(qū)域尺度特征為：

[MX=Δmi1，i2，???，in+1=θi1，i2，???，in+1（Δx）L-nΔu，ik∈B] （2）

式中：[θi1，i2，???，in+1（Δx）L-n]為靜態(tài)視點紋理結(jié)構(gòu)在像素點[（x，y）]處的灰度值；[Δx]表示像素變換增量；[Δu]表示多幀二維動畫圖像的缺失信息。

圖1 多幀二維動畫圖像的采集和渲染過程

構(gòu)建OpenFlight建模下的動態(tài)二維實時圖像處理環(huán)境，進(jìn)行圖像相位加權(quán)處理[4]，場景圖像數(shù)據(jù)[ua（t）]在時域上尺度為[bm]，得到OpenFlight的建模環(huán)境中沿梯度方向的圖像邊緣輪廓特征為：

[GD=1PSIx，yi=1PSd2i12·L（x，y，σ）] （3）

式中：[I（x，y）]表示三維圖像模型在[（x，y）]處的灰度值；[L（x，y，σ）]表示二階累積量[5]，采用稀疏性檢測策略[5]，得到圖形渲染指令限定范圍為：

[SP=1PS-1i=1PS（d-di）2] （4）

通過上述處理，實現(xiàn)多幀二維動畫圖像動態(tài)采集和處理環(huán)境構(gòu)建，為三維圖像自動生成提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 多幀二維動畫圖像三維自動生成實現(xiàn)

2.1 圖形渲染的表面層次平滑處理

在進(jìn)行多幀二維動畫圖像的采集和信息增強預(yù)處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行多幀二維動畫圖像三維重構(gòu)和動態(tài)渲染[6]，提出基于對象層次與表面層次隨動渲染技術(shù)的多幀二維動畫圖像三維自動生成技術(shù)，采用相似度度量方法進(jìn)行圖形渲染的表面層次平滑處理，采用尺度平移檢測策略[7]，得到多幀二維動畫圖像平滑處理的仿射不變區(qū)域為：

[dfssi，j=dfsi，j?hσf] （5）

采用像素特征點盲分離方法進(jìn)行角點分離，在三維動畫圖像跟蹤過程中，配置控制系數(shù)進(jìn)行動畫重構(gòu)目標(biāo)分布場與候選區(qū)域的重構(gòu)處理：

[dft+1i，j，k=ρdfti，j，k+1-ρdft-1i，j，k] （6）

式中，[ρ]控制對象層次的像素點密度，對于場景圖像數(shù)據(jù)集合S，在限定初始條件下，得到對象層次與表面層次的三維輪廓的不變矩為：

[indP=x，y∈U2ax=ay，?a∈P] （7）

多幀二維動畫圖像總共可劃分成K個分塊特征區(qū)域，在K個分塊特征區(qū)域，[indP]等價于初始種子點邊緣輪廓特征點集合[8]，按照區(qū)域融合的方法得到信息融合邊界搜索區(qū)域描述為：

[RβX=UE∈URcE，X≤β] （8）

初始化多幀二維動畫圖像的網(wǎng)格模式，選取窗口為3×3進(jìn)行圖像匹配，設(shè)灰度平均值[Tm，n]大小為[M×N]，而待搜索區(qū)域圖像S大小為[H×L]，計算種子點匹配精度為[H-M+1×L-N+1]。在對象層次的鄰域中，定義三維圖形重構(gòu)的像素數(shù)據(jù)流為：

[x（k）=x1（k），x2（k），…，xm（k）， i=1，2，…，m] （9）

式中：[k]為特征形態(tài)學(xué)分割模板數(shù)；[xi（k）]為圖像采樣的時間間隔。通過上述分析，得到圖形渲染的表面層次平滑公式如下：

[Ci，j=k=1Kifftfftdfk?fftdfi，jk*] （10）

式中，[dfk]和[dfi，jk]分別為圖像特征點的目標(biāo)分布場和仿射不變區(qū)域的分布場信息差異值，其相關(guān)系數(shù)可表示為：

[Ci，j=k=1Km=1Mn=1Ndfm，n，k dfi，jm+1，n+1，k] （11）

式中：[df]為目標(biāo)分布場，[dfi，j]為候選區(qū)域分布場。

2.2 圖像的三維生成實現(xiàn)

采用對象層次與表面層次隨動信息融合方法進(jìn)行動畫圖像渲染，實現(xiàn)多幀二維動畫圖像的三維重構(gòu)與動態(tài)生成，對象層次與表面層次隨動信息融合像素矩陣為：

[D=I2xIxIyIxIyI2y·?I] （12）

式中，[?I=IxIyT]是多幀二維動畫圖像尺度在[（x，y，σ）]處的空間梯度值。根據(jù)對象層次窗口區(qū)域的圖像平滑輸出結(jié)果，引入多幀二維動畫圖像在像素點[（i，j）]處的尺度函數(shù)[τ（C）=kC]，將圖像S分解為具有k階的網(wǎng)格空間進(jìn)行梯度空間重組，得到圖像的三維生成的渲染判決模型描述為：

[H1 ：Ut=Vt+αtWt] （13）

式中：[Vt]表示多幀二維動畫圖像的相關(guān)特征信息的鄰域灰度值；[Wt]表示提取的尺度與主方向的融合參量；[αt]表示多幀二維動畫圖像的位置信息。將特征點作為起點進(jìn)行多層迭代，實現(xiàn)三維圖像生成，得到動畫圖像生成的像素值配準(zhǔn)結(jié)果為：

[c（x，y）=x=1WΔx，Δy?IxIy+I2xI2y] （14）

3 仿真測試分析

為了測試本文算法在實現(xiàn)多幀二維動畫圖像的三維自動生成中的性能，進(jìn)行仿真測試分析，采用Matlab仿真實驗分析方法進(jìn)行性能驗證。其中，多幀二維動畫圖像采集的分辨率為1 024[×]500，圖像渲染的迭代補償設(shè)置為0.95，視角變化范圍為0.24～0.50，在900幀點，1 021幀點，1 234幀點進(jìn)行多幀二維動畫圖像采集，采用本文技術(shù)進(jìn)行三維自動生成處理，得到圖像處理結(jié)果如圖2所示。

圖2 三個幀點的二維動畫圖像三維自動生成結(jié)果

分析圖2結(jié)果得知，采用本文方法進(jìn)行多幀二維動畫圖像三維自動生成處理，具有較高的圖像處理質(zhì)量。圖3給出了采用不同方法進(jìn)行圖像處理的信噪比結(jié)果，信噪比越高，說明二維動畫圖像三維自動生成處理的質(zhì)量越好。分析圖3結(jié)果得知，本文方法進(jìn)行圖像處理具有較高的峰值信噪比。

4 結(jié) 語

本文提出基于對象層次與表面層次隨動渲染技術(shù)的多幀二維動畫圖像的三維自動生成技術(shù)，采用相似度度量方法進(jìn)行圖形渲染的表面層次平滑處理，采用對象層次與表面層次隨動信息融合方法進(jìn)行動畫圖像渲染，實現(xiàn)多幀二維動畫圖像的三維重構(gòu)與動態(tài)生成。采用改進(jìn)方法時圖像具有較高的逼真性，輸出圖像峰值信噪比較高。

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