一种移动增强现实型涂鸦绘本的真实感生成方法
专利汇可以提供一种移动增强现实型涂鸦绘本的真实感生成方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于移动 增强现实 技术领域，提供一种移动增强型涂鸦绘本的真实感生成方法，包括：（1）纹理设计，用于设计三维增强模型在拾取前、后显示的纹理，（2）三维增强模型设计，用于设计涂鸦对象的 角 色模型的 几何模型 和制作角色模型的UV展图，（3） 顶点 Shader设计，通过Shader程序，将摄像头采集到的影像序列中的绘本图像，经过投影、转换、光栅化等一系列处理步骤，使拾取后模型的显示更加真实。本发明能够扩展涂鸦绘本的选材范围，并能创新性地解决有狭长部件的三维增强模型显示具有的正常光照和视觉效果，建立一种 移动增强现实 型涂鸦绘本真实感生成的方法。，下面是一种移动增强现实型涂鸦绘本的真实感生成方法专利的具体信息内容。
1.一种移动增强现实型涂鸦绘本的真实感生成方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
（1）纹理设计，设计涂鸦对象的三维增强模型的线框图，叠加背景信息后生成用于三维增强模型初始显示的初始纹理图片；该初始纹理图片修改格式后形成儿童涂鸦图片，作为涂鸦绘本中的一页存在，经儿童涂鸦后供三维增强模型拾取；
（2）三维增强模型设计，在3D建模软件中设计与涂鸦对象相应的角色模型，通过Polygon的方式完成几何模型的构建，制作该几何模型的UV展图；将初始纹理图片导入到建模软件中，将UV展图摆放在初始纹理图片上的线框图相应的位置内，并沿着线框图的线条轮廓向内调整顶点坐标的位置，制作完成该几何模型的修正后的UV展图；同时获得经修正的带有初始纹理的三维增强模型；
（3）移动AR应用拾取儿童在涂鸦绘本上在涂鸦对象的线框图内涂画的纹理，将该纹理赋给带有初始纹理的三维增强模型，代替上色前纹理，显示到模型的表面，生成带有拾取后纹理的三维增强模型；
（4）顶点Shader设计，采用顶点类型的Shader，将摄像头采集到的影像序列中的涂鸦绘本上的图像，经过投影、转换、光栅化步骤处理后，生成具有真实光照感的拾取后纹理，将该纹理赋给带有初始纹理的三维增强模型，显示到模型的表面，生成具有真实感的三维增强模型。
2.根据权利要求1所述的移动增强现实型涂鸦绘本的真实感生成方法，其特征在于步骤（1）中所述纹理设计具体包括如下步骤：
（1-1）绘制三维增强模型的线框图，在图像处理软件中，设计与编辑模型线框图，该模型线框图宽高比为4:3，尺寸设定为4266*3200像素，颜色模式为CMYK，文件存储格式为*.jpg；
此模型线框图的设计需作如下处理：
（1-1-1）线框图最外缘边线粗细控制在15-20个像素值，线框图内部线条粗细不高于5个像素值；
（1-1-2）线框图内部线条间隙保持在30个像素值以上；
（1-1-3）线框图内部较小封闭区域，即封闭区域小于10*10像素时，该区域预置色彩纹理；
（1-2）添加线框图背景信息，将涂鸦对象的线框图叠加在相关背景信息上，生成三维增强模型的初始纹理图片；该初始纹理图片修改格式后形成儿童涂鸦图片，具体要求：尺寸为
1024*768像素，颜色模式为RGB，位深度为24，文件存储格式为*.jpg。
3.根据权利要求1所述的移动增强现实型涂鸦绘本的真实感生成方法，其特征在于步骤（2）中制作UV展图时要求：UV坐标避免压到初始纹理图片中线框图即涂鸦对象的边界，同时沿着线框图的线条轮廓向内调整顶点坐标的位置，调整幅度控制在8个像素值以上； 线框图的线划形状过于狭窄部位，即最小内部距离小于50像素值时，不存放UV坐标。
4.根据权利要求1所述的移动增强现实型涂鸦绘本的真实感生成方法，其特征在于步骤（4）中所述顶点Shader设计包括二个部分，即顶点程序和片元程序；具体包括如下步骤（4-1）数据输入，将摄像头采集到的影像序列中的涂鸦绘本上的涂色信息作为采样纹理传入Shader；包括涂鸦对象的角色模型的顶点数据即顶点位置、纹理数据即颜色信息；
（4-2）采样纹理的宽高比与显示终端屏幕的宽高比一致时，采样纹理不进行裁剪；采样纹理的宽高比与显示终端屏幕的宽高比不一致时，裁剪掉屏幕中一部分画面，裁剪原则是：
采样纹理的宽高比小于屏幕的宽高比时，采样纹理优先对称裁剪上、下端的内容；采样纹理的宽高比大于屏幕的宽高比时，采样纹理优先对称裁剪左、右端的内容；
（4-3）获取涂鸦后的儿童涂鸦图片的组合变换矩阵MVP，得到涂鸦对象的角色模型的顶点坐标经MVP矩阵变换后的二维窗口坐标；
（4-4）采用标准化将该二维窗口坐标变换到[0,1]区间，再分别乘以屏幕宽高，得到角色模型的真实屏幕的像素坐标，经过平移变换后，让获得的像素坐标的原点和屏幕的原点对齐；
（4-5）应用符合移动显示终端特性的环境光照模型，进行光照处理，过程如下：
（4-5-1）声明基本渲染通道，选择使用正向渲染基础通道的处理方式；
（4-5-2）顶点程序，用于获得顶点的初始颜色，即光源对该顶点的影响；
定义一个包含角色模型的顶点位置以及颜色向量的结构体，作为输入信息，用顶点位置标识的变量，存储对象的位置信息，用颜色向量标识的变量，访问对象的顶点颜色（4-5-2-1）漫反射处理；漫反射的向量diffuse，由光源的入射向量L与每一个顶点位置的法向量N确定，计算公式为：
diffuse=L·N
这个过程是向量L与N进行点乘，其过程为：
diffuse=|L|*|N|*cos∠(L,N)
根据计算公式，需获取顶点位置的法向量N，并对它的法线进行转换，对法线的转换需使用逆反置矩阵，实现法线从世界坐标系到对象坐标系的转换，具体转换过程如下：
通过mul函数实现法线和矩阵的相乘，得到对象坐标系中的法向量，将其单位化后，得到顶点位置的法向量N；
公式中的cos∠(L,N)等价于dot(N,L)，即将对象坐标系中顶点法向量的单位向量与光源的入射向量，通过dot函数进行点积操作，返回两个向量的标量积；再通过max(0, dot(N,L))函数进行处理；将获得的漫反射量和平行光的颜色信息相乘，得到顶点的漫反射处理结果；
（4-5-2-2）采用辐照环境贴图方法对漫反射处理结果进行环境光处理；
（4-5-2-3）经环境光处理后输出的顶点颜色信息进行插值生成像素，再传入给片元程序进行计算；
(4-5-3)片元程序，对已获得的顶点颜色信息进行处理后输出显示；具体的实现方法如下：
(4-5-3-1)通过已获得的顶点颜色信息，得出裁剪后的采样纹理即采样主纹理在对应的三维坐标下的颜色值；
(4-5-3-2)计算光源的强度以及衰减，将平行光的强度和环境光的强度进行插值计算，得到光源的强度以及衰减信息；将采样主纹理在对应的三维坐标下的颜色值与光源的强度以及衰减信息进行点乘；再乘以缩放参数来调节颜色亮度，该参数调节范围在0-5，从而获得采样主纹理在对应的三维坐标下的最终颜色值；
(4-5-3-3)经过坐标变换和光照处理后，顶点被投影为2D坐标和深度信息；GPU通过光栅化处理生成新的顶点，并对顶点的各个属性进行线性插值，生成角色模型最终的UV、位置和颜色值。
一种移动增强现实型涂鸦绘本的真实感生成方法
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具体实施方式
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