點(diǎn)云模型陰影線條畫的繪制

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1、原創(chuàng)性聲明和關(guān)于論文使用授權(quán)的說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均己在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名：呂蓬基日期：絲!!壘塑關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索

2、，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。(保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定)論文作者簽名：墨痊態(tài)導(dǎo)師簽名：么盈』互日1．1研究意義當(dāng)奎鑾蘭罌圭蘭簦鎏蘭第1章緒論近年來，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)顯卡處理速度的不斷提高和緩存容量的不斷增加，計(jì)算機(jī)所表示的三維物體越來越復(fù)雜，其表面細(xì)節(jié)越來越豐富。在這種情況F，用網(wǎng)格模型作為三維物體在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示遇到了一些困難。首先是數(shù)量龐大的多邊形占用了非常多的存儲空間，在網(wǎng)格模型中，不但要保存點(diǎn)的三維坐標(biāo)，還要把點(diǎn)間的線、面關(guān)系表示清楚i其次，網(wǎng)格模型的獲取過程日趨復(fù)雜。目前對物體表面進(jìn)行采樣時采樣率

3、高，得到的采樣點(diǎn)數(shù)量龐大，通常是幾十萬近百萬個點(diǎn)。對于這樣數(shù)量級的點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格化操作，無論在時間上還是空間上的代價都是非常大的。網(wǎng)格中的多邊形數(shù)量多而面積?。陲@示時一個多邊形對屏幕的貢獻(xiàn)還不足一個像素。于是人們想到了直接用三維物體表面的采樣點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)云模型作為三維物體在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示。通過三維掃描設(shè)備測量得到物體表面的三維坐標(biāo)點(diǎn)集稱為點(diǎn)云或點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用點(diǎn)云數(shù)據(jù)所表示的模型就稱為點(diǎn)云模型。圖1顯不了兔子的網(wǎng)格模型和點(diǎn)云模型。幽l兔子的兩種表示方法。a：剮格模型；b：點(diǎn)云模型早在1974年，Catmull“”就提出模型細(xì)分的最終結(jié)果就是點(diǎn)表示，點(diǎn)是表示物體最直接的

4、元素。近年來，點(diǎn)云模型受到了越來越多的重視。與網(wǎng)格模型相比，點(diǎn)云模型有很多優(yōu)點(diǎn)。首先其數(shù)據(jù)存儲量小，僅需要保存點(diǎn)的三維坐標(biāo)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單。其次，點(diǎn)云模型的數(shù)據(jù)獲取簡單。隨著三維掃描設(shè)備技術(shù)的革新，掃描得到的三維數(shù)據(jù)可靠性大大增加．用三維掃描儀獲取的模型與場景的三維信息簡單而可靠。第三，對于某些物體及現(xiàn)象的表示，比如火、煙霧、頭發(fā)、羽毛等，相對于網(wǎng)格數(shù)據(jù)而言，用點(diǎn)元素建模不但速度快，而且可以得到更逼真的效果。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文對點(diǎn)云模型進(jìn)行處理時，無需維護(hù)拓?fù)湟恢滦?，對某些?yīng)削，采用點(diǎn)云模型比M格模型代價小。目前對點(diǎn)云模型的研究已經(jīng)涉及到從重建、繪制、性質(zhì)研究

5、i0應(yīng)用的各個方面：”””””‘lSllz03,點(diǎn)云模型已經(jīng)成為個熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。從20世}2,90年代開始，非真實(shí)感繪制作為圖形學(xué)的另外一個分支，飛速發(fā)展起來。真實(shí)感強(qiáng)調(diào)的是“像”，“和照片一樣”，它追求的是物體的精確表不和場景中光照教果的逼真的物理描述?1。而非真實(shí)感強(qiáng)調(diào)是人的理解，模擬手繪畫的風(fēng)格。它是用藝術(shù)式的繪制風(fēng)格來生成物體的藝術(shù)或卡通化圖像。圖2顯示了大衛(wèi)頭像的真實(shí)感和非真實(shí)感繪制效果。非真實(shí)感繪制有多種小同的風(fēng)格，陰影線條畫就是其中一種風(fēng)格之一。它用陰影線來表現(xiàn)物體表面的形狀、紋理和亮度等。圖3顯示了克萊因瓶的陰影線條畫。陰影線在物體表面的走向表

6、現(xiàn)了物體的形狀。不同粗細(xì)和密度的陰影線表現(xiàn)丁物體表面的亮度。物體表面的高光區(qū)沒有線條，稍暗的區(qū)域是單陰影線，最暗的區(qū)域是交叉陰影線。亮度越小，陰影線就越密。陰影線有不同的寬度，通常用寬而省的陰影線來表示物體上最暗的區(qū)域。小同風(fēng)格的陰影線表現(xiàn)了物體表面的紋理。陰影線條廁被廣泛應(yīng)用于動畫、科技文獻(xiàn)插剖、_L=業(yè)和建筑設(shè)計(jì)以及修理}冊等。圖2大衛(wèi)頭像的兩種繪制方法。左圖：真實(shí)感繪制；右圖：非真實(shí)感繪制國3克菜園瓶的陰影線條面山東大學(xué)碩士學(xué)位論文目前已有很多在網(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(diǎn)云模型上繪制陰影線條畫的系統(tǒng)工作。本文就是基于上述兩點(diǎn)考

7、慮，繪制點(diǎn)云模型的陰影線條畫。在點(diǎn)云模型上繪制陰影線條畫與網(wǎng)格模型的過程相似，但由于點(diǎn)云模型缺少點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系，具體的處理操作要比網(wǎng)格模型復(fù)雜，也有很多的不同。點(diǎn)云模型陰影線條畫的繪制要經(jīng)過以下幾個步驟：(1)生成模型的輪廓線，包括輪廓點(diǎn)的提取，去掉不可見的輪廓點(diǎn)，將輪廓點(diǎn)連成線；(2)計(jì)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)點(diǎn)云模型上點(diǎn)的亮度確定單陰影線和交叉陰影線區(qū)域，在這些區(qū)域的方向場中進(jìn)行流線跟蹤，繪制陰影線。1．2相關(guān)研究介紹自從20世紀(jì)90年代“非真實(shí)感繪制”這個詞被首次提出以來【511，非真實(shí)感繪制因?yàn)槠洫?dú)特的藝術(shù)表現(xiàn)力受

8、到了越來越多的關(guān)注。在諸多非真實(shí)感的風(fēng)