[发明专利]一种基于线程级并行的铅笔画生成方法

摘要

本发明提出了一种基于线程级并行的铅笔画生成方法，加快了铅笔画的实时绘制过程。通过理论分析，确定了铅笔图生成算法的并行性。然后，利用计算统一设备体系结构(CUDA)编程模型并行设计了串行算法的子算法，并通过线程级并行技术实现。之后，使用共享内存和常量内存构造了一个最佳的数据缓存模式，以减少频繁使用数据的访问时间。最后，再通过CUDA流技术实现任务级并行，使独立的子任务可以重叠执行，实现进一步加速。在CUDA平台上，实验结果表明，该并行算法可以显著提高速度。该算法在2560×1920分辨率图像上的性能比串行算法提高了448.59倍，与真实的铅笔画保持了很高的相似性。因此，该算法适用于铅笔图的实时绘制，在非真实渲染中具有广阔的应用前景。

主权项

1.一种基于线程级并行的铅笔画生成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，轮廓提取，包括以下步骤：步骤1.1 中值滤波；针对M×N个像素的图像，启动M×N个并行线程，每一个并行线程读取一个像素值；M×N个像素同时进行中值滤波，得到M×N个像素的中值滤波后的结果图；步骤1.2 梯度运算；针对M×N个像素的中值滤波后的结果图，启动M×N个并行线程，每一个并行线程运算一个像素的梯度，得到M×N个像素的梯度结果图；步骤1.3 卷积运算；针对M×N个像素的梯度结果图，启动M×N个并行线程，每一个并行线程进行一个像素的卷积运算；卷积运算过程设置8个卷积模板，每一个卷积模板进行一次卷积运算，得到8个M×N像素的响应图；步骤1.4 分类运算；对于8个M×N像素的响应图，启动M×N个并行线程，一个并行线程计算同一个坐标点在8个响应图中像素值的最大值，得到8个分类结果图；步骤1.5 绘制线条；对于8个分类结果图，分别进行卷积运算，得到8个子轮廓图；将8个轮廓子图叠加后，提取出轮廓图；所述线程并行运算基于CUDA编程模型；步骤2，纹理渲染，包括以下步骤：步骤2.1 针对目标铅笔画，结合线程并行运算计算出0‑255个灰度中每一个灰度在目标铅笔画出现的次数，得到目标直方图；步骤2.2 针对原图像，结合线程并行运算计算出0‑255个灰度中每一个灰度在原图像中出现的次数，得到原图像的灰度直方图；步骤2.3 结合0‑255个灰度分别在目标直方图和灰度直方图中出现的次数，通过M×N个并行线程将原图像转换为铅笔画色调图；步骤2.4 针对铅笔画色调图，通过M×N个并行线程，同时将M×N个像素进行纹理渲染，得到纹理渲染图；所述线程并行运算基于CUDA编程模型；步骤3，合并结果；将步骤1提取出的轮廓图和步骤2得到的纹理渲染图进行加权平均，得到最终的铅笔画。