基于多幀二維動畫圖像的三維自動生成技術

叢紅艷

摘 要： 針對傳統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的多幀二維動畫圖像三維自動生成技術。采用相似度度量方法進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行動畫圖像渲染，實現多幀二維動畫圖像的三維重構與動態生成。仿真結果表明，采用改進方法進行多幀二維動畫圖像重構生成，圖像具有較高的逼真性。

關鍵詞： 多幀二維動畫圖像； 三維圖像自動生成； 圖像渲染； 圖像動態生成

中圖分類號： TN911.73?34； TP391 文獻標識碼： 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隨動特性，在進行動畫圖像的三維生成和重構處理中，需要使用先進的三維圖形處理技術進行三維動態隨動渲染。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在進行大型動漫設計以及圖形數據庫的構建等領域具有較高的應用價值[1]。傳統方法采用OpenFlight建模方法進行三維動畫圖像自動生成處理，隨著圖像處理規模的增大，圖形的渲染效果和生成效果不好。對此，本文提出一種改進的基于多幀二維動畫圖像的三維自動生成技術，采用對象層次與表面層次隨動渲染方法進行三維自動生成處理，通過算法設計和仿真分析，得出有效性結論。

1 多幀二維動畫圖像的采集和處理環境描述

為了實現基于多幀二維動畫圖像的三維自動生成處理，首先需要構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，判斷當前可視范圍內的二維層析圖形結構，結合靜態視點的集合層次（Group Level）構建方法進行圖像處理，實現圖像渲染和三維動態圖像重構[2]，得到多幀二維動畫圖像的采集和渲染過程如圖1所示。

根據圖1所示的圖像處理過程進行圖形渲染與動畫圖像的三維重構，多幀二維動畫圖像三維重構區域的信息特征傳導模型如下：

[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域矩陣[ZeroArray]與特征差異判斷標準[colorstand]統計平均值。在對象層次 （Object Level）的渲染引擎[3]，調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據庫中信息完整區域尺度特征為：

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

式中：[θi1，i2，???，in+1（Δx）L-n]為靜態視點紋理結構在像素點[（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

構建OpenFlight建模下的動態二維實時圖像處理環境，進行圖像相位加權處理[4]，場景圖像數據[ua（t）]在時域上尺度為[bm]，得到OpenFlight的建模環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，實現多幀二維動畫圖像動態采集和處理環境構建，為三維圖像自動生成提供準確數據基礎。

2 多幀二維動畫圖像三維自動生成實現

2.1 圖形渲染的表面層次平滑處理

在進行多幀二維動畫圖像的采集和信息增強預處理的基礎上，進行多幀二維動畫圖像三維重構和動態渲染[6]，提出基于對象層次與表面層次隨動渲染技術的多幀二維動畫圖像三維自動生成技術，采用相似度度量方法進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域為：

[dfssi，j=dfsi，j?hσf] （5）

采用像素特征點盲分離方法進行角點分離，在三維動畫圖像跟蹤過程中，配置控制系數進行動畫重構目標分布場與候選區域的重構處理：

[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，對于場景圖像數據集合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個分塊特征區域，在K個分塊特征區域，[indP]等價于初始種子點邊緣輪廓特征點集合[8]，按照區域融合的方法得到信息融合邊界搜索區域描述為：

[RβX=UE∈URcE，X≤β] （8）

初始化多幀二維動畫圖像的網格模式，選取窗口為3×3進行圖像匹配，設灰度平均值[Tm，n]大小為[M×N]，而待搜索區域圖像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，定義三維圖形重構的像素數據流為：

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

式中：[k]為特征形態學分割模板數；[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分布場和仿射不變區域的分布場信息差異值，其相關系數可表示為：

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

式中：[df]為目標分布場，[dfi，j]為候選區域分布場。

2.2 圖像的三維生成實現

采用對象層次與表面層次隨動信息融合方法進行動畫圖像渲染，實現多幀二維動畫圖像的三維重構與動態生成，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。根據對象層次窗口區域的圖像平滑輸出結果，引入多幀二維動畫圖像在像素點[（i，j）]處的尺度函數[τ（C）=kC]，將圖像S分解為具有k階的網格空間進行梯度空間重組，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行多層迭代，實現三維圖像生成，得到動畫圖像生成的像素值配準結果為：

[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多幀二維動畫圖像的三維自動生成中的性能，進行仿真測試分析，采用Matlab仿真實驗分析方法進行性能驗證。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幀點進行多幀二維動畫圖像采集，采用本文技術進行三維自動生成處理，得到圖像處理結果如圖2所示。

圖2 三個幀點的二維動畫圖像三維自動生成結果

分析圖2結果得知，采用本文方法進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量。圖3給出了采用不同方法進行圖像處理的信噪比結果，信噪比越高，說明二維動畫圖像三維自動生成處理的質量越好。分析圖3結果得知，本文方法進行圖像處理具有較高的峰值信噪比。

4 結 語

本文提出基于對象層次與表面層次隨動渲染技術的多幀二維動畫圖像的三維自動生成技術，采用相似度度量方法進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行動畫圖像渲染，實現多幀二維動畫圖像的三維重構與動態生成。采用改進方法時圖像具有較高的逼真性，輸出圖像峰值信噪比較高。

參考文獻

[1] 王云燁，李勃，董蓉，等.基于透射率空間與色彩紋理相關性的圖像分割[J].電子測量技術，2015，38（1）：41?46.

[2] 李淑英，潘亞.小波變換和閾值分割算法的激光圖像偽影校正[J].激光雜志，2016，37（6）：139?141.

[3] 肖淑蘋，賀毅岳.一種改進的EMD圖像信號去噪算法[J].現代電子技術，2016，39（16）：91?93.

[4] 卞樂，霍冠英，李慶武.基于Curvelet變換和多目標粒子群的混合熵MRI圖像多閾值分割[J].計算機應用，2016，36（11）：3188?3195.

[5] 馬新武，趙國群，王芳.一種三維表面網格自動生成方法[J].計算力學學報，2015（2）：250?255.

[6] 肖迪，鄧秘密，張玉書.基于壓縮感知的魯棒可分離的密文域水印算法[J].電子與信息學報，2015，37（5）：1248?1254.

[7] 朱路，劉江鋒，劉媛媛，等.基于稀疏采樣與級聯字典的微波輻射圖像重構方法[J].微波學報，2014，30（6）：41?45.

[8] 陳玲俠.礦山地質逆斷層邊緣子帶合成矢量重構[J].控制工程，2014，21（5）：793?796.