點云模型陰影線條畫的繪制.pdf

1、隨著計算機圖形學(xué)的發(fā)展，用點云模型作為三維物體在計算機內(nèi)的表示形式越來越受到人們的重視。一方面點云模型獲取簡單方便。另一方面，點云模型相比網(wǎng)格模型所占的存儲空間少，但同樣可以表現(xiàn)物體表面豐富的細(xì)節(jié)。目前對點云模型的研究已經(jīng)涉及到從重建、繪制到應(yīng)用的各個方面，點云模型已經(jīng)成為一個熱點研究領(lǐng)域。 陰影線條畫是非真實感繪制的一種風(fēng)格，它用各種不同類型的陰影線來表現(xiàn)物體表面的形狀、紋理和亮度等信息。陰影線在物體表面的走向表現(xiàn)了物體的形狀

2、，不同寬度和密度的陰影線表現(xiàn)了物體表面的亮度，不同風(fēng)格的陰影線表現(xiàn)了物體表面的紋理。陰影線條畫被廣泛應(yīng)用于動畫、科技文獻插圖、工業(yè)和建筑設(shè)計以及修理手冊等。 目前已有很多在網(wǎng)格模型或光滑曲面上繪制陰影線條畫的方法，但還沒有在點云模型上繪制陰影線條畫的系統(tǒng)工作。目前已有的方法主要有三大類：一類是基于圖像空間的，先得到三維物體在某一視點下的二維圖像，再在二維圖像中繪制模型的陰影線條畫；一類是基于物體空間的，直接在三維模型上繪制；最后

3、一類是混合空間的，一部分操作在物體上進行，另一部分操作在圖像上進行。每種方法基本都三個步驟組成：（1）提取模型的輪廓線；（2）計算模型表面的方向場，方向場要反映物體表面的形狀信息；（3）根據(jù)亮度確定表面上的單陰影線和交叉陰影線區(qū)域，在這些區(qū)的方向場中進行流線跟蹤，繪制陰影線。不同的方法在每個步驟的具體處理過程不同。 本文在前人工作的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了在點云模型上繪制陰影線條畫的工作。在點云模型上繪制陰影線條畫的基本步驟與網(wǎng)格模型

4、相似，也分為三步。但因為點云模型離散性的特點，每個步驟的具體處理過程與網(wǎng)格模型有很大不同。本文的陰影線條畫生成采用的是混合的方法，主要是在物體空間操作，同時參照了圖像空間的信息。本文的研究內(nèi)容主要有：對點云模型進行高斯球映射，快速計算輪廓點；計算輪廓點的可見性；將輪廓點連成輪廓線；計算點云模型的方向場；優(yōu)化方向場；計算可見點的光亮度；在方向場中進行流線跟蹤來繪制陰影線。 本文的主要貢獻： 1）系統(tǒng)研究了在點云模型上繪制陰

5、影線條畫的具體操作，總結(jié)了目前已有的工作，對目前的工作進行改進，提出適合本文的算法。 2）提出了在點云模型上判段點的可見性的方法。在利用高斯球進行點的可見性判斷后，仍有少數(shù)不可見點被判定為可見點。根據(jù)點間的距離特性，提出了快速去掉這部分不可見點的算法。 3）改進了在點云模型上計算方向場的方法。在計算時，為保證主方向場具有光滑性，要確定點的主方向的計算順序。對計算順序的確定進行了改進，提高了效率。 4）提出適合在點