[发明专利]一种具有纤维网络结构的数字纸张的墨水表达方法

权利要求书

1.一种具有纤维网络结构的数字纸张的墨水表达方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、定义所述数字纸张的纤维网络结构；

以三维空间中的任意一点为原点O，建立空间直角坐标系O-XYZ；以原点O为起点，分别沿着X轴、Y轴和Z轴的正方向延伸，建立长、宽、高分别为x、y、z的数字纸张纤维网络空间；分别沿着与X轴、Y轴和Z轴平行的方向对数字纸张纤维网络空间进行均匀分割获得细胞网络，以细胞网络中的最小单元为一个单位细胞；

所述数字纸张的纤维网络结构是由单根纤维逐根沿着Z轴负方向沉淀到数字纸张纤维网络空间中并发生形变而形成；所述单根纤维是由若干个纤维粒子组成；设定所述单根纤维的纤维粒子个数为所述单根纤维在所述数字纸张的纤维网络结构中占用的单位细胞的个数；

所述数字纸张的纤维网络结构的属性是存储在所述数字纸张的存储文件中；

步骤2、获取所述数字纸张的纤维网络结构与墨水表达相关的属性并分别进行存储；

设定所述数字纸张的纤维网络结构中具有相同X轴坐标和Y轴坐标的单位细胞为测量单位，以数字纸张平面的一个点对应一个测量单位；

从所述数字纸张的存储文件中获取所述数字纸张的纤维网络结构与墨水表达相关的属性，包括：在所述测量单位中单根纤维与其他单根纤维之间的交叉点数目B、所述测量单位与其相邻的8个测量单位之间存在同一根单根纤维的数目C以及在所述测量单位中单根纤维与其他单根纤维之间的空隙数目P；

设定存储所述交叉点数目B的矩阵为bondedNum[x][y]；

设定存储所述同一单根纤维数目C的矩阵为connectingFiberNum[x][y][8]；

设定存储所述空隙数目P的矩阵为poreNum[x][y]；

并将所述交叉点数目B存储到所述矩阵bondedNum[x][y]中；将所述同一单根纤维数目C存储到所述矩阵connectingFiberNum[x][y][8]中；将所述空隙数目P存储到所述矩阵poreNum[x][y]中；

步骤3、设置笔迹宽度系数；

设定所述笔迹宽度系数为w；

步骤4、设置墨水油墨粒子的均匀性；

设定所述墨水油墨粒子的均匀性为u，u的取值为“均匀”或者“不均匀”；

设定过滤墨水油墨粒子的空隙数目的阈值为l，l∈[80,90]；

设定墨水过滤的层次数目为W，W∈[1,4]；

步骤5、获取书写位置；

假设书写的初始时刻为t₀，书写的终止时刻为t_m；t_i表示初始时刻t₀与终止时刻t_m之间采集到书写位置的任意时刻；则t_i时刻的书写位置为(x_i,y_i)；0≤i≤m；

步骤6、填充笔迹；

步骤6.1、填充t_i时刻的书写位置(x_i,y_i)处的笔迹；

利用特定的形状填充t_i时刻的书写位置(x_i,y_i)处的笔迹；

定义t_i时刻的书写位置(x_i,y_i)处的笔迹中的任一点的坐标为原始坐标(x_in,y_in)；

步骤6.2、计算所述原始坐标(x_in,y_in)的旋转坐标(x_in',y_in')；

利用式(1)获得旋转角度

式(1)中，表示t_i时刻的书写位置(x_i,y_i)处的笔迹的旋转角度；

利用式(2)和式(3)分别获得x_in'和y_in'：

以所述旋转坐标(x_in',y_in')替代所述原始坐标(x_in,y_in)对t_i时刻的书写位置(x_i,y_i)处的笔迹进行旋转；

步骤6.3、在t_i时刻的书写位置(x_i,y_i)处的笔迹和t_i+1时刻的书写位置(x_i+1,y_i+1)处的笔迹之间进行插值完成连线填充；

步骤7、判断u的取值为“均匀”是否成立，若成立，则执行步骤8；否则，设置所述过滤墨水油墨粒子的空隙数目的阈值l的值和所述墨水过滤的层次数目W的值并执行步骤9；

步骤8、墨水扩散计算；

步骤8.1、获取t_i时刻的书写位置(x_i,y_i)处的笔迹的所有边缘点，定义每个边缘点的墨水量和颜色值并将所有边缘点加入到所定义的“扩散队列”中形成扩散点；

步骤8.2、判断“扩散队列”是否为空，若为空，则完成所述墨水扩散计算；否则，执行步骤8.3；

步骤8.3、获取“扩散队列”中的第一个扩散点作为当前扩散点，把所述当前扩散点的墨水量和颜色值分别赋值给k和c；

步骤8.4、获取所述当前扩散点在矩阵bondedNum[x][y]中存储的值为b以及所述当前扩散点在矩阵connectingFiberNum[x][y][8]中存储的8个值分别为f_j，j∈[1,8]；

步骤8.5、计算所述当前扩散点吸收的墨水量和所述当前扩散点扩散的墨水量；

设定所述数字纸张的纤维网络结构的吸墨因子为α，α∈[4,8]；设定当前扩散点吸收的墨水量为b×α；则所述当前扩散点扩散的墨水量为k-b×α；

步骤8.6、判断k-b×α＞0是否成立，若成立，则执行步骤8.7；否则，删除“扩散队列”中的第一个扩散点，并执行步骤8.2；

步骤8.7、令j＝1；

步骤8.8、计算所述当前扩散点扩散到第j个相邻点的墨水量k_j和所述当前扩散点的第j个相邻点的颜色值c_j；

利用式(4)获得所述第j个相邻点的墨水量k_j：

$k_j=(k-b\×\mathrm{\α})\×\frac{f_j}{\underset{j=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{f}_j}---\left(4\right)$

利用式(5)获得所述第j个相邻点的颜色值c_j；

$c_j=(c+b\×\mathrm{\α})\×(1+\frac{\underset{j=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{f}_j-f_j}{\underset{j=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{f}_j})---\left(5\right)$

步骤8.9、以所述第j个相邻点的颜色值c_j对所述当前扩散点的第j个相邻点进行着色；

步骤8.10、将所述当前扩散点的第j个相邻点加入到“扩散队列”中；

步骤8.11、将j+1的值赋给j；

步骤8.12、判断j≤8是否成立，若成立，则执行步骤8.8；否则，删除“扩散队列”中的第一个扩散点，并执行步骤8.2；

步骤9、墨水过滤计算；

步骤9.1、获取t_i时刻的书写位置(x_i,y_i)处的笔迹的所有边缘点，定义每个边缘点的墨水量、颜色值和所在的过滤层数；并将所有边缘点加入到所定义的“过滤队列”中形成过滤点；

步骤9.2、判断“过滤队列”是否为空，若为空，则执行步骤8.2；否则，执行步骤9.3；

步骤9.3、获取“过滤队列”中的第一个过滤点作为当前过滤点，把所述当前过滤点的墨水量、颜色值和所在的过滤层数分别赋值给k、c和E；

步骤9.4、判断E＜W是否成立，若成立，则执行步骤9.5；否则，将所述当前过滤点加入“扩散队列”中，删除“过滤队列”中第一个过滤点并执行步骤9.2；

步骤9.5、获取所述当前过滤点的8个相邻点在矩阵poreNum[x][y]中存储的值为p_j；

步骤9.6、令j＝1；

步骤9.7、判断p_j≤l是否成立，若成立，则利用式(6)获得所述当前过滤点的第j个相邻点的颜色值g_j并执行步骤9.8；否则，利用式(7)和式(8)分别获得所述当前过滤点的第j个相邻点的颜色值g_j和墨水量h_j，并执行步骤9.9；

g_j＝c-c×β(6)

式(6)中，β为所述数字纸张的纤维网络结构的过滤因子；β∈(0,1)；

g_j＝c+c×β(7)

h_j＝k-k×β(8)

步骤9.8、以所述第j个相邻点的颜色值g_j对所述当前过滤点的第j个相邻点进行着色，把E+1赋值给所述当前过滤点的第j个相邻点所在的过滤层数，并将所述当前过滤点的第j个相邻点加入“过滤队列”中，执行步骤9.10；

步骤9.9、以所述第j个相邻点的颜色值g_j对所述当前过滤点的第j个相邻点进行着色；并将所述当前过滤点的第j个相邻点加入“扩散队列”中；

步骤9.10、将j+1的值赋给j；

步骤9.11、判断j≤8是否成立，若成立，则执行步骤9.7；否则，删除“过滤队列”中第一个过滤点并执行步骤9.2。

2.根据权利要求1所述的具有纤维网络结构的数字纸张的墨水表达方法，其特征是所述步骤6.3是按如下方式进行：

设定t_i时刻的书写位置(x_i,y_i)处的笔迹和t_i+1时刻的书写位置(x_i+1,y_i+1)处的笔迹之间需要插值的书写位置为(x_iq,y_iq)；则依次执行步骤6.1和步骤6.2对书写位置(x_iq,y_iq)处的笔迹进行填充和旋转即完成t_i时刻的书写位置(x_i,y_i)处的笔迹和t_i+1时刻的书写位置(x_i+1,y_i+1)处的笔迹之间的连线填充。