[发明专利]基于视频的虚拟毛笔建模方法

说明书

本发明公开了一种基于视频的虚拟毛笔建模方法，其实现过程是：(1)录制视频；(2)读取视频；(3)提取毛笔笔头；(4)获取毛笔笔头模型参数；(5)建立毛笔模型。本发明通过利用定制的特定颜色的毛笔笔头书写汉字的视频，利用图像处理技术从视频帧中提取毛笔建模参数进而实现毛笔建模，使得本方法建立的模型能够较好的模拟毛笔形变，并且计算速度更快，可用于三维虚拟绘制过程中，使创作者能够在电脑上进行书法创作。

技术领域

本发明属于计算机技术领域，更进一步涉及三维虚拟绘制技术领域中的一种基于视频的虚拟毛笔模型建模方法。本发明通过毛笔的电子化与数字化，为中国书法提供了一种数字创作工具，用于三维虚拟绘制过程中，使创作者能够在电脑上进行书法创作。

背景技术

毛笔的数字化对于实现逼真的数字书法效果是非常重要的，需要建立一个合适的虚拟毛笔模型。毛笔建模是三维虚拟绘制的基础。

厦门大学在其申请的专利文献“一种基于纹理学习的电子毛笔建模方法”(申请日：2011年8月26日，申请号：201110248463.6，公开号：CN102306308A)中公开了一种电子毛笔建模方法。该方法的主要步骤是：第一，用户在数字手写板上对输入书写毛笔笔画并以多个离散点的数据结构存储；第二，将上述离散点作为手写板上输入书写笔的骨架点并根据每个骨架点的书写力度在骨架点两侧产生两组相对应的边缘轮廓点；第三，采用样条曲线拟合上述产生的两组轮廓点并形成笔画的线条轮廓；第四，使用神经网络和模糊逻辑的方法对真实的毛笔书法纹理进行学习，并获得书法纹理的灰度值序列；第五，根据上述获得的灰度值序列向笔画的轮廓内侧填充并最终获得毛笔书法作品。该方法存在的不足之处是，利用该模型进行书法创作时，不能充分反映毛笔的形变过程，不能实时反应毛笔形态的变化，缺乏进行书法创作的真实感。

大连理工大学在其申请的专利文献“一种基于力反馈技术的毛笔建模方法”(申请日：2013年6月20日，申请号：201310248722.4，公开号：CN103345773A)中公开了一种基于力反馈的虚拟毛笔建模方法。该方法的主要步骤是：第一，建立基于力反馈的毛笔几何模型，将毛笔定义为毛笔中心折线以及过各节点上的不同半径的圆，毛笔笔尖为一个点，当毛笔受力发生变形时，各节点上的圆发生变形，形成椭圆；第二，建立毛笔力学模型，该毛笔力学模型为弹簧振子模型，即在毛笔笔头安装一个垂直于纸面的弹簧，弹簧始终沿纸面法向变形；第三，通过力反馈设备向毛笔施压，弹簧发生变形，从而产生反馈力，由反馈力计算毛笔变形后的中心折线及变形后各椭圆的长短轴，由此确定毛笔笔道宽度，从而建立毛笔压力与毛笔变形的关系。该方法存在的不足之处是：第一，该方法中在建立毛笔力学模型过程中利用弹簧获取反馈力的数据采集过程复杂，计算量较大。第二，该方法建立的模型中仅以笔尖为一个点，建立的毛笔模型形态变化不够充分，不能反映随着创作者施力增加导致毛笔笔头由点变为线的毛笔状态变化过程。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种基于视频的虚拟毛笔建模方法。实现本发明目的的思路是：录制特定毛笔书写汉字的过程，利用视频中毛笔笔头的颜色特征提取毛笔笔头图像，从视频帧中提取毛笔建模参数，提取毛笔笔头的骨架用于实现毛笔中轴线的建立，提取毛笔轮廓用于获取毛笔建模中各椭圆截面的长轴数据，最终实现毛笔建模。该方法方便易行，能够充分的获取毛笔在书写过程中的形态，计算量较小。

本发明的步骤包括如下：

(1)录制视频：

录制特定毛笔书写单个汉字的过程，得到毛笔字书写视频；

(2)从视频中未读过的帧图像中任意读取一帧图像；

(3)获取毛笔笔头图像：

(3a)从所选帧图像中随机选取一个未读过的像素点；

(3b)选取像素点的红绿蓝RGB颜色空间转换到HSV颜色空间，得到该像素点的色调值H、饱和度值S、亮度值V；