專利名稱：：草繪真實的制作方法草繪真實
背景技術(shù)：
：實現(xiàn)真實性是計算機圖形學(xué)的一個主要目標(biāo)，并且已經(jīng)提出了范圍從光與幾何形狀的基于物理學(xué)的建模到基于圖象的繪制(IBR)的許多方法。逼真的影象已經(jīng)革命性地改變了可視化過程，允許對未建造的場景進行呈現(xiàn)和探索。然而，盡管專業(yè)軟件圖形應(yīng)用諸如AutoCAD等可用于創(chuàng)建逼真繪制的新內(nèi)容，但是這些應(yīng)用仍然是乏味且非常耗時的。該問題在對內(nèi)容進行設(shè)計時更為惡化。二維半(2.5D)建模系統(tǒng)一般不便于使用且因此不適于設(shè)計的早期階段，除非設(shè)計已經(jīng)得到很好的規(guī)劃。而且，2.5D建模過程需要對象創(chuàng)建以及向表面應(yīng)用紋理的專業(yè)知識。
發(fā)明內(nèi)容描述用于草繪真實(sketchingreality)的系統(tǒng)和方法。在一個方面，根據(jù)2-D草圖標(biāo)識一組向量圖元。在一個實現(xiàn)中，2-D草圖是由用戶手繪的。2.5D幾何模型是從向量圖元自動生成的。為用戶自動繪制并呈現(xiàn)2.5D幾何模型。在一個實現(xiàn)中，用戶提供基于2-D草圖的用戶輸入以修改以下各項中的一或多項呈現(xiàn)的照明位置、照明方向、照明強度、紋理、顏色和幾何形狀。提供本概述是為了用簡化的形式介紹將在以下詳細(xì)描述中進一步描述的一些概念。本概述并不旨在標(biāo)識要求保護的主題的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特征，也不旨在用于幫助確定要求保護的主題的范圍。圖1示出按照一個實施例的用于草繪真實的示例系統(tǒng)。圖2示出按照一個實現(xiàn)的草繪真實操作的示例概觀。圖3示出按照一個實施例的一組示例性草圖和圖象表示。圖4示例性地圖示了按照一個實施例的建筑設(shè)計，用于示出可按照線方向和消失點來分類線。圖5示出按照一個實施例的線/與消失點甲之間的距離函數(shù)"(/,^)的示例性圖示。圖6示出按照一個實施例的第一組示例性線段接合點(junction)。圖7示出按照一個實施例的通過輸入2-D草圖標(biāo)識的頂點以及相應(yīng)的接合點標(biāo)簽。圖8示出按照一個實施例的一組示例性頂點面指派。圖9示出按照一個實施例的四種分割形狀/多邊形的示例性類型。圖10示出按照一個實施例的三種被遮蔽形狀的示例性類型。圖11示出按照一個實施例的被遮蔽形狀的另一個示例。圖12是按照一個實施例示出具有不是作為屬于同一對象的T接合點一部分的一個公共頂點的區(qū)域的示例性圖示。圖13示出按照一個實施例的一組示例性的用于重建2-D草圖的不明確部分的通用建筑組件。圖14示出按照一個實施例用于從2-D草圖產(chǎn)生真實感繪制(photorealisticrendering)的示例性基于草圖的交互用戶界面(UI)1400。圖15示出圖14示例性基于草圖的交互用戶界面，不同之處在于所呈現(xiàn)的示例性繪制與圖14所示的真實感繪制相比為非真實感的(non-photorealistic)。圖16示出按照一個實施例指定照明方向和陰影強度的示例性圖示。圖17示出按照一個實施例示例地指定陰影表面的邊界。圖18示出按照一個實施例的用于草繪真實的示例性過程。具體實施方式概觀盡管在建模和繪制方面有進步，但設(shè)計者仍然偏愛通過徒手草繪來進行概念設(shè)計。草繪作為藝術(shù)媒體的吸引力在于其在表示、探測和交流幾何創(chuàng)意方面的低開銷。確實，這樣的構(gòu)思表示在精神與目的上根本不同于設(shè)計者最后用于呈現(xiàn)設(shè)計的媒體。以下將參考圖1至18描述用于草繪真實的系統(tǒng)和方法，它為用戶提供了一種從概念設(shè)計徒手繪畫轉(zhuǎn)移到真實感或非真實感呈現(xiàn)繪制的無縫方式。這與從輸入的真實感圖象產(chǎn)生非真實感繪制的常規(guī)系統(tǒng)和方法形成了對照。更具體地，用于草繪真實的系統(tǒng)和方法解釋徒手畫(2-D草圖)以產(chǎn)生真實性的成象。在該實現(xiàn)中且為了示例性說明目的，用于草繪真實的系統(tǒng)和方法被應(yīng)用于基于建筑的繪圖。在不同的實現(xiàn)中，用于草繪真實的系統(tǒng)和方法被應(yīng)用于不是基于建筑的徒手繪畫。在該實現(xiàn)中，用于草繪真實的系統(tǒng)和方法響應(yīng)于接收或者以其他方式獲得手繪草圖輸入(例如2-D草圖)，從該草圖輸入生成2.5D幾何模型，并且允許用戶提供基于草圖的輸入來對2.5D模型的外觀進行精制以向用戶進行繪制和呈現(xiàn)。2.5D模型指的是一種在其中深度信息可從單個視點獲得的場景表示，而3D模型具有各個視點的深度。2.5D模型可視為不完全的3D模型。例如，增加了深度信息的2D上色就成為2.5D模型。更具體地，例如，用戶使用簡單輸入設(shè)備接口諸如電子圖形輸入板來繪制一建筑物。該系統(tǒng)和方法隨后分析所繪制的線以標(biāo)識接合點和2.5D平行線組集，由此產(chǎn)生2.5D幾何模型/表示。在一個實現(xiàn)中，用戶通過紋理選擇操作(例如通過在2-D草圖上繪制紋理的粗糙外表)以及照明方向指定(例如通過在表面上手繪影線)來精制所得到的2.5D幾何模型的外觀。在一個實現(xiàn)中，最終的產(chǎn)品是手繪草圖的逼真繪制/版本，這隨后可用作動畫的一部分或者編輯到照片中。現(xiàn)在更詳細(xì)地描述用于草繪真實的系統(tǒng)和方法的這些和其它方面。示例系統(tǒng)盡管不是必需的，但用于草繪真實的系統(tǒng)和方法是在由計算設(shè)備諸如個人計算機執(zhí)行的計算機可執(zhí)行指令的一般語境中描述的。程序模塊一般包括例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，它們執(zhí)行特定的任務(wù)或者實現(xiàn)特定的抽象數(shù)據(jù)類型。盡管在上述語境中描述該系統(tǒng)和方法，但此后所述的動作和操作也可用硬件實現(xiàn)。圖1示出按照一個實施例的用于草繪真實的示例系統(tǒng)。系統(tǒng)100包括計算設(shè)備102，例如通用計算設(shè)備、服務(wù)器、膝上型、移動計算設(shè)備等等。計算設(shè)備102包括一或多個處理器104，它們耦合到實體的計算機可讀存儲介質(zhì)(系統(tǒng)存儲器106)。處理器108可以是微處理器、微型計算機、微控制器、數(shù)字信號處理器等等。系統(tǒng)存儲器106包括例如易失性隨機存取存儲器(例如RAM)和非易失性只讀存儲器(例如ROM、閃存等)。系統(tǒng)存儲器106包括能由處理器104執(zhí)行的計算機程序指令以及由這些計算機程序指令中相應(yīng)的一些產(chǎn)生和/或使用的程序數(shù)據(jù)。這些計算機程序指令以及程序數(shù)據(jù)分別示為程序模塊108和程序數(shù)據(jù)110。程序模塊108包括例如草繪真實模塊112和"其它程序模塊"114，如用于提供運行時環(huán)境的操作系統(tǒng)(OS)以及包括諸如設(shè)備驅(qū)動程序等的其它應(yīng)用。草繪真實模塊112自動從一或多個對象的手繪2-D草圖118生成2K維(2.5D)幾何模型116，從而基于2.5D幾何模型116和一或多個用戶輸入向用戶呈現(xiàn)基于草圖的真實感或非真實感繪制。在一個實現(xiàn)中，2-D草圖118表示建筑設(shè)計。非真實感圖象是看來像是通過手、水彩畫、筆墨圖、油畫等等制作出來的圖象(或動畫)。草繪真實模塊112在用戶界面(UI)中向用戶呈現(xiàn)繪制結(jié)果120。為了示例說明，這樣的用戶界面被示為"其它程序數(shù)據(jù)"122的相應(yīng)部分(也請參考下述圖14和15)。用戶與UI交互，例如通過在輸入設(shè)備124(例如圖形板等)上重新繪制或者以其他方式修改2-D草圖118來更新2.5D模型的幾何形狀。另外，用戶可經(jīng)由UI向2-D草圖118添加可視提示(用戶輸入)以交互地控制繪制120的照明(位置、方向和強度)以及紋理，以及指定與繪制120相關(guān)聯(lián)的材質(zhì)色化處理等。響應(yīng)于2.5D模型116的創(chuàng)建以及用于指定照明、紋理、顏色和/或其它參數(shù)的基于草圖的用戶交互，草繪真實模塊112基于2.5D模型116和用戶輸入繪制真實感或非真實感結(jié)果120。圖2示出按照一個實現(xiàn)的草繪真實模塊112操作的示例性概觀。如所示的且在該實現(xiàn)中，草繪真實模塊112的操作包括四個不同階段(l)輸入階段，(2)幾何模型重建階段，(3)對外觀的交互精制階段以及(4)輸出/呈現(xiàn)階段。在輸入階段，草繪真實模塊112獲得手繪2-D草圖118。在一個實現(xiàn)中，草繪真實模塊112包括允許用戶直接使用輸入設(shè)備124(例如電子圖形輸入板等)繪制2-D輸入草圖118以供在顯示設(shè)備126上的UI122中呈現(xiàn)的邏輯。在一個實現(xiàn)中，顯示設(shè)備126包括觸摸屏，它允許用戶直接在顯示設(shè)備126上繪制2-D輸入草圖118。在另一個實現(xiàn)中，草繪真實模塊112從數(shù)據(jù)存儲(例如程序數(shù)據(jù)110的相應(yīng)部分)、輸入設(shè)備124(例如掃描儀、遠程存儲等)等等加載輸入的草圖118，以供在顯示設(shè)備126上向用戶呈現(xiàn)。在一個實現(xiàn)中，使用不同的應(yīng)用(示為"其它程序模塊"114的相應(yīng)部分)來產(chǎn)生2-D輸入草圖118。參考圖2，在第二階段，或即幾何模型重建階段，草繪真實模塊112通過估算輸入2-D草圖118的線中相應(yīng)一些并將它們解釋為通過透視看到的結(jié)構(gòu)的邊來產(chǎn)生2.5D幾何形狀116。在第三階段，或即對外觀進行交互精制階段，用戶指定紋理、照明方向、顏色等中的一或多項。在第四階段，或即輸出階段，草繪真實模塊112從2.5D模型116按照用戶輸入產(chǎn)生繪制以通過顯示設(shè)備126向用戶呈現(xiàn)基于草圖的繪制結(jié)果120。圖3示出按照一個實施例的草圖和圖象表示的示例集合。具體地，(a)表示示例2-D輸入草圖118;(b)表示示例輸入草圖的示例2.5D模型表示116;(c)表示在用戶指定了紋理和照明指派之后示例2.5D模型116的示例外觀；以及(d)表示最終的基于草圖的示例性繪制結(jié)果120(照片合成)。2-D草圖118是由一組向量線或曲線組成的草圖。示例性幾何模型重建在該實現(xiàn)中，草繪真實模塊112的幾何模型重建操作通過分析輸入的2-D草圖118標(biāo)識(在3-D中)相互垂直線的組集、消失點以及照相機固有參數(shù)。接著，草繪真實模塊112標(biāo)識與所標(biāo)識的線段中每一頂點相關(guān)聯(lián)的接合點類型，并且將各頂點的有序集合與2.5D模型116的每個階段相關(guān)聯(lián)。這些操作之后是估計這些頂點的3-D位置，至此就標(biāo)識了2.5D模型116的幾何形狀。標(biāo)識向量圖元草繪真實模塊112標(biāo)識與2-D輸入草圖118相關(guān)聯(lián)的向量圖元(例如點和線)。這些向量圖元示為"其它程序數(shù)據(jù)"122的相應(yīng)部分。由于所標(biāo)識的線可能不是筆直的(例如彎彎曲曲或者非直線型的手繪線)，草繪真實模塊112向量化所標(biāo)識的線以產(chǎn)生筆直的線和相應(yīng)的向量數(shù)據(jù)。表1示出通過從手繪2-D草圖118向量化(即生成線向量)線段來產(chǎn)生示例性數(shù)據(jù)集合。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>〃表1結(jié)束在表l的示例中，草繪真實模塊112確定2-D草圖118包括20條線。在一個實現(xiàn)中，使用最小平方法來擬合筆直線并且使用立方貝塞爾曲線來擬合曲線。對于手繪線或曲線，線向量/曲線用兩個端點A、B來產(chǎn)生。在該實現(xiàn)中，線段可以表示直線或曲線。草繪真實模塊112從所標(biāo)識的向量圖元生成圖結(jié)構(gòu)G-(F^)，其中r是線的所有端點集合而￡是線的集合。圖結(jié)構(gòu)示為"其它程序數(shù)據(jù)"122的相應(yīng)部分。圖結(jié)構(gòu)指示所標(biāo)識的點中相應(yīng)的一些與筆直化線(即向量圖元)之間的空間關(guān)系。rW，^0…"v是草圖118的所有點的集合。此外，叫},/=0...",是草圖118中所有線的集合，其中/,的兩個端點在V中。草繪真實模塊112使用圖結(jié)構(gòu)來將線分類為左、右或豎向并且標(biāo)識線段消失點。這些分類和消失點隨后用于標(biāo)識線段端點接合點/交叉類型的集合。使用所標(biāo)識的線段、所標(biāo)識的線段接合點類型和所述的線連通性概率準(zhǔn)則，草繪真實模塊112如下所述將所標(biāo)識的線段中相應(yīng)的一些映射成2.5D模型116的相應(yīng)表面/多邊形。線分析大多數(shù)建筑草圖是由在3-D空間中相互正交的線組成左、右或豎向(分別為X、Y和Z)。用于草繪真實的系統(tǒng)100利用該特性來確定線的組集，通過該線的組集估計消失點(vps)。圖4示例性例示按照一個實施例的建筑設(shè)計，它用于說明可按照線方向和消失點分類線。在圖4的示例中，2-D草圖包括兩個消失點左消失點和右消失點。在另一個實現(xiàn)中，2-D草圖可包括一個消失點或三個消失點。當(dāng)設(shè)計師繪制2-D草圖118時，建筑師可選擇一、二或三個消失點。如果在2-D草圖中僅存在一個與大多數(shù)線相關(guān)聯(lián)的交叉，則僅存在一個消失點。在該情形中，經(jīng)過該消失點的線對應(yīng)于在與2-D草圖相關(guān)聯(lián)的世界坐標(biāo)系統(tǒng)中的Y方向。K=0的線對應(yīng)于世界坐標(biāo)系統(tǒng)中X方向的豎向線(k是線的斜率，k:0指示水平線，而k:oo指示豎向線)。K二oo的線對應(yīng)世界坐標(biāo)中Y方向的水平線。為構(gòu)建幾何模型116，草繪真實模塊如下為2-D草圖118中每一對線確定假設(shè)的消失點Vp，并且聚集所有其它線的擬合。給定線/和假設(shè)的消失點^，草繪真實模塊112按照以下公式計算擬合的度量g(/,^):-d(/^)/7;(1)其中"(",)是2-D草圖118中線/與消失點Vp之間的距離(力函數(shù)，r。是該距離的閾限(例如敏感度參數(shù))。在該實現(xiàn)中，閾限設(shè)為0.35。在不同的實現(xiàn)中，該閾限可設(shè)置為不同的值。圖5例示按照一個實施例的線/與消失點之間距離函數(shù)"(/，Vp)。參考圖5，(a)表示無限消失點，并且示出示例距離是線段/與無限消失點的方向之間的角度"。參考圖5(b)，示出了有限消失點，其中距離為線段/的中點與有限消失點之間的角度"。如果消失點是有限的角度(/,r(Vp))。如果消失點是無限的角度(/,/(Vp,中點))。接合點識別圖6示出按照一個實施例的線段接合點的第一示例集合600。在該實現(xiàn)中，接合點類型是Y、T、L、E和X型接合點。在不同的實現(xiàn)中，可使用不同的接合點類型。接合點是二或多條線之間的交叉點。一旦2-D草圖118的線已經(jīng)按確定的對應(yīng)消失點分組，則草繪真實模塊112就確定每個頂點處的接合點類型，并將2.5D模型116的每一個面與頂點的有序列表相關(guān)聯(lián)。為確定共用頂點的相應(yīng)接合點類型，草繪真實模塊112基于線段交叉的角度以及交叉線的數(shù)量來確定接合點分類。Y型接合點表示三個可見表面相交的公共頂點。T型接合點發(fā)生在一個表面被另一表面遮蔽時，或者在其表面之上本身存在分割線時。L型接合點是面的一個角，而E型接合點發(fā)生在兩個可見面沿一條公共線匯合。更一般地，X型接合點是若干面匯合于一個公共頂點的結(jié)果。圖7示出按照一個實施例的通過輸入2-D草圖118標(biāo)識的頂點以及相應(yīng)的接合點標(biāo)簽。在本例中，一組共用頂點和相應(yīng)的接合點(Y、T、L、E和X)畫上了圓圈并且加了標(biāo)簽。一旦已經(jīng)確定了與線方向相關(guān)聯(lián)的接合點類型和消失點，則草繪真實模塊112通過關(guān)聯(lián)每一個面的頂點的有序列表來確定2.5D模型116的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖G-(V，E)表示該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它編碼線E與頂點V之間的連接信息。草繪真實模塊112將來自面的單個任意頂點中的頂點(這些面包含該頂點)指派給其它頂點(它們是這些面的一部分)，并依次類推。當(dāng)檢查具有頂點r的面F以確定其邊界線時，候選線是連接到頂點r的那些線。在一個實現(xiàn)中，使用貪心算法來選擇具有作為該面的邊的最大可能性的線。在幾何上，同一面的線不可能對應(yīng)于與三個正交方向相關(guān)聯(lián)的三個消失點。例如，假設(shè)當(dāng)前面具有A條有序線/。，…,/w，并且4是候選線。還假設(shè)該面由關(guān)聯(lián)于兩個消失點和v"的線作為邊界。定義F是有效面的可能性為項P(v》描述消失點v,與F—致的可能性，即P("^maXig((，Vp)，其中g(shù)()在(l)中定義。項P(C。,v》是線/,對應(yīng)于F的消失點的可能性的度量，并且被定義為P((，v戸,v坤)=larger(g(/,，"。),g(/,，v一))，其中l(wèi)arger()返回兩個輸入?yún)?shù)的較大者。給出三個消失點Vp。、V和Vp2，草繪真實模塊112選擇生成M^有效l/。，…,4，v—"6)的最大值的消失點對作為面F的消失點。如果最大的示例性地將有序頂點指派給面MF有效I/。,…A,;，V)=K、。)P(Vh1n刃',戶(F有效K,…，C。，"J較小，則考慮面不是有效的；在此情形中，在當(dāng)前頂點處終止傳播。圖8示出按照一個實施例的頂點面指派的頂點的示例集合。從任意一個頂點開始，在此例中為圖8(a)的H)，草繪真實模塊112按照接合點的局部特征指派新的面。由于此例的起始頂點對應(yīng)于Y接合點，因此有了三個新的面(具有最初指派的頂點)F0:F1—F0—K3，F(xiàn)l:F4—K0-F1禾口:74—F0—F3，如圖8(b)所示。草繪真實模塊112沿每個面的邊遍歷以獲得封閉的形狀。例如，參考圖8(b)的面F0，并從73開始，存在兩條候選線r2禾B73-F6。草繪真實模塊112選擇因為它封閉了的環(huán)。該環(huán)因而為ri-ro-r3-F2-n，如圖8(c)所示。參考面Fl并從W開始，草繪真實模塊112向F7和K8前進。然而，傳播結(jié)束因為r8-F9與該面不一致，如圖8(d)所示。因此，草繪真實模塊112代之以從另一端傳播至r4，然后至K5。由于K4-"是被遮蔽的線("是T型接合點)，因此傳播再次終止。在此例中，以不完整的環(huán)結(jié)束r5-74-ro-n-F7-F8，如圖8(e)所示。參考面F2，通過直接遍歷，草繪真實模塊112確定頂點K4-H)-F4。在該點處且在此例中，草繪真實模塊112進行至作為至少一個未指派面的一部分的另一頂點以重復(fù)上述頂點指派操作。最后，得到了在圖8中被指派了相應(yīng)頂點的每個面的結(jié)果，如圖8(f)所示。形狀分割或完成由T型接合點引起的不完整區(qū)域可由現(xiàn)有形狀上的一或多個條分割線或被遮蔽的平面所致。圖9示出按照一個實施例的四種示例性的分割形狀/多邊形。當(dāng)生成2-D草圖118時，建筑師一般在現(xiàn)有平面上畫線以將其分成若干區(qū)域。分割線不被分類為任何區(qū)域的邊界。下圖示出分割線的一些情形。在該例中，畫有圓圈的端點表示關(guān)鍵接合點。在這些示例中，XY(左、右)線包含在一個完整的形狀中。因此草繪真實模塊112將完整的形狀分割成包含在完整形狀內(nèi)的若干子形狀。這些結(jié)果符合圖9中所示的分割形狀的四種類型之一。對于從左向右的線段，使用下列一組形狀分割準(zhǔn)則(或分割形狀完成準(zhǔn)則)*參考圖9，區(qū)域(a)或即圖9(a)，存在四個接合點具有四個T型接合點的兩條交叉線；在四邊形的每條邊上的每個接合點。因此四邊形被分割成四個四邊形。，參考圖9(b)，兩個接合點在四邊形的對邊上；四邊形被分割成兩個四邊形。*參考圖9(C),兩個T型接合點在同一條線上；四邊形被分割成大小兩塊。*參考圖9((1)，兩個接合點在兩條連接線上。四邊形被分割成大小兩塊。圖IO示出按照一個實施例的三種示例性被遮蔽的形狀。在這些示例中，畫有圓圈的端點表示T型接合點。在被遮蔽的形狀中，接合點的WXZ線(左、右、豎方向)是該形狀的被遮蔽線。草繪真實模塊112添加新的線段考慮一組被遮蔽形狀完成準(zhǔn)則用平行與垂直約束來完成該形狀。更具體地且在該實現(xiàn)中，為創(chuàng)建正確的形狀，草繪真實模塊112在T型接合點數(shù)據(jù)庫中定位最佳匹配。參考圖10(a)，一個接合點的XW與另一個接合點的ZX相同。在該情形中，草繪真實模塊112添加與每個接合點的X點連接線平行的線，并且選擇一條邊以形成較大的形狀。參考圖10(b)，在此情形中一個接合點的XW不同于其它接合點的ZX，草繪真實模塊112擴展每個接合點的YX方向；交叉是該形狀的被添加的頂點。參考圖10(c)，這里僅有一個T型接合點。在該情形中，草繪真實模塊112定位與XY平行的最后一條線以完成該線的X和端點之間的形狀，如上參考圖10(a)所述。圖IO示出按照一個實施例的一組示例性的附加線(虛線)，草繪真實的系統(tǒng)和方法使用這些線來完成一或多個相應(yīng)的被遮蔽形狀。圖11示出按照一個實施例的被遮蔽形狀的另一個示例。圖ll(a)示出關(guān)聯(lián)于T型接合點和Y型接合點頂點的被遮蔽形狀。圖ll(b)示出關(guān)聯(lián)于具有兩個T型接合點的頂點的被遮蔽形狀。圖11的最后兩個示例是特殊的，因為T型接合點的兩條底線是平行的并且找不到交叉點。在此情形中，草繪真實模塊112檢查不完整的面是否包含在另一個面中，如上在分割形狀情形中所述，用于簡單地連接兩個T型接合點(圖ll(c))。否則，草繪真實模塊112嘗試找出要連接的一個不同的面，如圖ll(d)所示。隨著草繪真實模塊112定位表示2.5D模型116表面的封閉形狀，草繪真實模塊112估計這些形狀之間的關(guān)系以確定一或多個小形狀是否被包含在一個較大的形狀中。從封閉形狀形成的順序和所確定的形狀包含關(guān)系，草繪真實模塊112確定這些形狀的一般位置使得第一個被完成的形狀在2.5D模型116的最頂層，而最后被完成的形狀在2.5D模型116的最底層。如果一或多個形狀被另一個形狀封入，則被封入的形狀是該形狀(父形狀)的子形狀。草繪真實模塊112使用這樣的父子關(guān)系來確定紋理映射操作的順序。包含在另一區(qū)域內(nèi)的區(qū)域在與該另一區(qū)域相同的平面上。因而，草繪真實模塊112將具有包含關(guān)系的區(qū)域分組到同一表面。每一表面由不同深度的若干層組成。具有最低深度的層在表面的底層而具有最高深度的層在頂層。在該情形中，在每一層上存在若干相似類型的區(qū)域。幾何形狀構(gòu)建(2.5D坐標(biāo)計算)圖12例示了示出按照一個實施例的具有作為不是屬于同一對象的T型接合點一部分的一個公共頂點的區(qū)域。在圖12的示例中，草繪真實模塊112標(biāo)識來自2-D草圖118的兩個對象(即，1202和1204)。在該實現(xiàn)中，為從2-D草圖118恢復(fù)對象的幾何形狀，草繪真實模塊112計算頂點之間的相對位置?，F(xiàn)在因為知道照相機固有參數(shù)、線分組(針對正交約束)以及面和頂點標(biāo)簽，這就有可能了。給出兩個毗鄰的頂點K和K(分別具有3D位置q,和q2)和對應(yīng)于線q,q2的消失點(Vp(-(,力)T)，則存在約束q!-q2=sgn(n2z)~-rr/、ii(Wp，/),其中/是預(yù)計算的焦距，仏是q的z分量，^(q)是3D點q到圖象平面的投影，上標(biāo)"T"表示向量轉(zhuǎn)置。符號函數(shù)sgn(x)在:O0時為正，否則為負(fù)。如果消失點無窮遠，則約束可修改為如下q廣q2:sgn(^—~^-y-H、,3v0)。草繪真實模塊112設(shè)置一任意頂點為參考3D點(0，0，/y，隨后可使用上述公式將其位置傳播至其它頂點。存在一條線不對應(yīng)于任何已知消失點(并且因此具有未知的方向)的可能性。因此，無法計算這類線的頂點的坐標(biāo)。為處理該問題，草繪真實模塊112使用通用建筑組件的模型庫，并且用最佳匹配的模型重建建筑繪畫118的任何不明確部分。每一模型作為一個如上所述加有標(biāo)簽的圖G-(「^來提供。每一頂點的標(biāo)簽是以接合點類型和到該頂點的邊之間的關(guān)系為基礎(chǔ)的。圖13示出按照一個實施例用于重建2-D草圖118的不明確部分的一組示例性的通用建筑組件。如圖13所示且在該實現(xiàn)中，頂點標(biāo)簽(1-11)是以接合點類型為基礎(chǔ)的。沿三個已知方向之一的線與較暗的未知線相比較亮。草繪真實模塊112使用已知的隨機行走過程調(diào)整圖匹配算法來匹配加有標(biāo)簽的圖。從一個節(jié)點跟隨一條給定弧的可能性定義為,(^，^)=#,*、。從頂點《跳至頂點^的可能性定義為力(、，、)=丄"基于草圖的真實感繪制圖14示出按照一個實施例的示例性基于草圖的交互用戶界面(UI)1400，用于從2-D草圖生成真實感繪制。在該實現(xiàn)中，UI1400表示圖1的UI122。在一個實現(xiàn)中，草繪真實模塊112在顯示設(shè)備126上呈現(xiàn)具有UI1400的用戶界面以供用戶在草圖窗口中編輯2-D草圖118。該編輯指定例如基于草圖的最終繪制結(jié)果120(例如在繪制結(jié)果窗口中所示的)所需的照明、紋理、顏色等。圖15示出圖14的示例性基于草圖的交互用戶界面1400，不同之處在于繪制120與圖14的真實感繪制120相比是非真實感的?，F(xiàn)在更詳細(xì)地描述UI1400的這些和其它方面。UI1400為用戶提供基于草圖的交互繪制能力以獲得紋理、視點和照明條件等等。在該實現(xiàn)中，用戶編輯2-D草圖118，并且響應(yīng)于這些用戶編輯，草繪真實模塊112向用戶繪制并呈現(xiàn)基于草圖的繪制結(jié)果120。例如，在該實現(xiàn)中，用戶可以在2-D草圖118上繪制影線以指示照明、紋理等等。在該實現(xiàn)中，用戶還可以直接從紋理庫中選擇紋理。在一個實現(xiàn)中，用戶還可以使用刷子調(diào)整建筑的顏色。示例性地指定照明方向在一個實現(xiàn)中，用戶使用影線編輯工具1402以在2-D草圖118上繪制一或多筆影線。用戶在草圖上繪制的影線可代表照明或紋理。對于照明，一或多筆用戶提供的影線指示要在基于草圖的繪制結(jié)果120中繪制的明暗處理或陰影的位置與角度。為了示例說明，這些影線筆畫/輸入示為圖1的"其它程序數(shù)據(jù)"的相應(yīng)部分。根據(jù)這樣的影線輸入，草繪真實模塊112確定2.5D模型116的光源參數(shù)。這些光源參數(shù)包括例如位置、方向和強度。方向、位置和強度從影線的位置與強度推出。響應(yīng)于接收到這樣的影線輸入，草繪真實模塊112根據(jù)基于草圖的繪制結(jié)構(gòu)120中所確定的光源參數(shù)呈現(xiàn)所指示的明暗處理/陰影角度。圖16示出按照一個實施例的指定照明方向和陰影強度的示例圖示。參考圖16，(a)是一個方塊的風(fēng)格繪制，它示出來自左方的照明方向。圖16(b)示出一個示例性2.5D模型116，其中用戶在各個面上提供具有各自不同強度的影線筆畫以指定照明方向("L")和陰影強度。在該例中，"nl"和"n2"指相應(yīng)面的法線。在建筑中，光源通常是太陽。因此光線是平行的。假設(shè)表面大部分為蘭博特投影(Lambertian)，則在方向性光之下的表面強度為其中、是表面的反射系數(shù)，/,是光源的強度，而e是表面法線與光照方向之間的角度。給定太陽作為光源，則^在平坦表面任何地方為常數(shù)。因此，強度在平坦表面各處是均勻的(在一個實現(xiàn)中，忽略內(nèi)反射)。通過該簡化并且在一個實現(xiàn)中，草繪真實模塊112基于不同表面處的相對強度解釋光方向。例如，假設(shè)光源方向是Z(H/3)，其中|網(wǎng)=1。那么，對于每一表面，具有以下約束<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>其中y是表面/的法線而/,是根據(jù)用戶繪制的影線計算出的表面z'的相對強度。這里，使用表面上影線區(qū)域的平均強度來定義/,。草繪真實模塊112假設(shè)/,和&對于整個對象(2.5D模型116的一或多個相應(yīng)部分)為常數(shù)，使得、/,=1。給定的草繪U8有可能不準(zhǔn)確，則在一個實現(xiàn)中，草繪真實模塊112如下為每一明暗處理表面設(shè)置約束其中4和4為^,和A的平均強度，如圖17所示。圖17示出按照一個實施例示例性地指定明暗處理表面的邊界。在此例中，化",是覆蓋所有影線的邊界框，而^是化",一半尺寸的中心框。草繪真實模塊112使用與帶影線表面的數(shù)量對應(yīng)的約束數(shù)量。為了找出光照方向的唯一解，草繪真實模塊112最優(yōu)化項Zm,Z，其中Mj是沒有被用戶加陰影的表面。換言之，找出最大化不具有陰影的表面的強度同時又滿足帶陰影表面的約束的解。示例性紋理選擇在一個實現(xiàn)中，用戶使用紋理編輯工具1402來為2.5D模型116的封閉區(qū)域繪制或選擇紋理。例如，在一個實現(xiàn)中，用戶直接在2-D草圖118或2.5D模型116上繪制影線筆畫來指示在對象上的紋理是什么樣的(例如直接繪制所需紋理的相似形狀)。根據(jù)這些用戶輸入，草繪真實模塊112自動為對象選擇正確的紋理。在一個實現(xiàn)中，草繪真實模塊112將用戶輸入與所存儲的紋理的繪畫或?qū)ζ涞乃饕嗥ヅ鋪頇z索最佳紋理匹配。在一個實現(xiàn)中，草繪真實模塊112在UI1400上呈現(xiàn)對應(yīng)于用戶輸入的一或多個可能的紋理供用戶選擇。該紋理提供與用戶在紋理數(shù)據(jù)庫中搜索對象的紋理無關(guān)，而是以對線相似性的客觀度量為基礎(chǔ)。線相似性在紋理分析中用于描述紋理元素的形狀。在紋理庫中筆畫和索引行繪畫兩者都是由線組成的黑白圖象，因此在匹配期間僅考慮形狀，這通過線相似性得到很好的描述。線相似性是基于其元素ao'，力被定義為在圖象上沿邊方向距離為"的兩個灰度值/和y的相對頻率的方向同現(xiàn)矩陣來計算的。對于一個方向"，線相似性度量被定義為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>其中"是0與255之間的灰度級數(shù)。在一個實現(xiàn)中，草繪真實模塊112使用四個方向(l，O)、(O，l)、(1,1)、(l，-l)來計算方向同現(xiàn)矩陣a并且計算四個方向的平均值&作為用戶繪制筆畫與紋理索引行繪畫之間的相似性度量。在計算出匹配的紋理索引之后，系統(tǒng)檢索相容的紋理。用戶隨后可選擇這些紋理中的任一紋理。每一紋理具有相對比例的概念，因此一旦已經(jīng)選擇全局比例，所選紋理就被適當(dāng)?shù)匕幢壤s放并合成以覆蓋表面(不是被拉長來擬合)。在一個實現(xiàn)中，對該規(guī)則的例外是窗和門——其中，重新按比例縮放紋理來映射到整個表面。在一個實現(xiàn)中，"其它程序數(shù)據(jù)"122包括基于紋理符號索引的紋理庫。用戶在2-D草圖118上繪制紋理符號。草繪真實模塊112將所繪制的紋理符號與紋理符號索引中的一或多個符號相匹配以標(biāo)識相應(yīng)的紋理，從庫中檢索該紋理來對對象或多邊形加紋理。表示不同材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)建筑符號是已知的。在一個實現(xiàn)中，草繪真實模塊112使用這些符號來索引紋理庫。在繪制結(jié)果120中圖示檢索到的紋理時，草繪真實模塊112將檢索到的紋理映射到2.5D對象116的相應(yīng)表面。在一個實現(xiàn)中，并且由于不同的紋理樣本尺寸，草繪真實模塊112在表面上合成紋理。在另一個實現(xiàn)中，當(dāng)向窗、門等提供紋理時，紋理直接被映射到目標(biāo)四邊形。色化處理UI1400提供顏色選擇控件1404，讓用戶改變關(guān)聯(lián)于2-D草圖118的所選對象的顏色。在一個實現(xiàn)中，草繪真實模塊112以一組顏色樣品、由用戶直接進行RGB值輸入的文本輸入控件等等形式向用戶呈現(xiàn)顏色選擇控件1404。在一個實現(xiàn)中，在用戶選擇顏色之后，UI1400允許用戶在2-D草圖118上繪制一或多個斑點來修改2.5D模型116的關(guān)聯(lián)表面的顏色。幾何形狀更新UI1400允許用戶修改2-D草圖118的幾何形狀，例如通過添加線、刪除線、調(diào)整尺寸、修改角度等等。執(zhí)行這些編輯的技術(shù)是已知的。響應(yīng)于用戶對2-D草圖118的修改，草繪真實模塊112更新2.5D幾何模型116以對應(yīng)2-D草圖118的修改。示例性過程圖18示出按照一個實施例的用于草繪真實的示例性過程1800。為了示例說明，參考上述有關(guān)圖1至17的方面描述過程1800的操作。在一個實現(xiàn)中，過程1800的操作是由草繪真實模塊112實現(xiàn)的?？?800的操作是標(biāo)識來自2-D草圖的一組線段。在一個實現(xiàn)中，線段表示來自2-D草圖118的向量圖元?？?804的操作向量化這些線段以產(chǎn)生筆直線。為了示例說明，向量化的線在下文稱為線段或線。對于每一線段，框1806的操作估計相應(yīng)的消失點并且基于線段的對應(yīng)消失點分類每一線段的方向?？?808的操作基于線方向和消失點將這些線段分組成多個多邊形中對應(yīng)的一些多邊形的對應(yīng)線段?？?810的操作使用封閉多邊形構(gòu)建2.5D模型的幾何形狀。在一個實現(xiàn)中，2.5D模型是由2.5D模型116表示的?？?812的操作接收對應(yīng)于照明、紋理、顏色和幾何形狀修改中的一或多項的用戶輸入。框1814的操作響應(yīng)于對用戶輸入的接收，基于該用戶輸入從2.5D模型繪制真實感和非真實感的結(jié)果?？?816的操作向用戶呈現(xiàn)繪制結(jié)果。在一個實現(xiàn)中，繪制結(jié)果是基于草圖的繪制結(jié)果120。結(jié)論盡管參考圖1至18以專用于結(jié)構(gòu)特征和/或方法學(xué)操作或動作的語言描述了草繪真實，但要理解的是，在所附權(quán)利要求書中定義的實現(xiàn)不必受限于所述的這些特征或動作。相反，上述這些特定特征和操作是作為實現(xiàn)所附權(quán)利要求的示例性形式揭示的。權(quán)利要求1.一種至少部分地由計算設(shè)備實現(xiàn)的方法，所述方法包括從2-D草圖標(biāo)識一組向量圖元；以及自動從所述向量圖元生成2.5D幾何模型；以及繪制所述2.5D幾何模型用于向用戶呈現(xiàn)。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述向量圖元包括線段集合與曲線集合中的一或多項。3.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述2-D草圖是手繪的。4.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述自動生成2.5D幾何模型還包括，從所述向量圖元中相應(yīng)的一些向量圖元生成相應(yīng)的線向量，以從所述向量圖元的相應(yīng)的一些向量圖元中移除非線性的方面。5.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，實時自動生成2.5D幾何模型還包括估計所述向量圖元的至少一個子集的相應(yīng)消失點；以及其中所述2.5D幾何模型的相應(yīng)面是以根據(jù)相關(guān)聯(lián)的消失點的所述向量圖元中的相應(yīng)一些向量圖元為基礎(chǔ)的。6.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述自動生成2.5D幾何模型還包括將所述線段中相應(yīng)的一些線段指派給所述2.5D模型的多邊形。7.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，繪制還包括將所述2.5D幾何模型繪制為真實感圖像。8.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，繪制還包括將所述2.5D幾何模型繪制為非真實感圖像。9.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述方法還包括接收對應(yīng)于所述2.5D幾何模型的照明、紋理、顏色和幾何形狀修改中的一或多項的用戶輸入；以及響應(yīng)于對所述用戶輸入的接收，用基于所述用戶輸入的特性來繪制所述2.5D幾何模型。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述用戶輸入是用于指定光照位置、方向和強度的用戶手繪影線筆畫。11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述用戶輸入是用于指定紋理的用戶手繪影線筆畫。12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述用戶輸入是紋理符號，并且其中所述方法還包括在符號索引的紋理庫中搜索相應(yīng)于所述紋理符號的紋理；以及用所述紋理繪制所述2.5D幾何模型的區(qū)域，所述區(qū)域是通過用戶放置所述紋理符號來標(biāo)識的。13.—種包含能由處理器執(zhí)行的計算機程序指令的實體計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機程序指令在由所述處理器執(zhí)行時完成下列操作自動從手繪2-D草圖的向量圖元構(gòu)建2.5D幾何模型的對象；以及自動生成所述2.5D幾何模型的繪制用于向用戶呈現(xiàn)，所述繪制是根據(jù)指定用于所述繪制的紋理、照明和顏色中的一或多項的基于2-D草圖的用戶輸入來呈現(xiàn)的。14.如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述基于2-D草圖的用戶輸入包括用戶在所述2-D草圖上手繪的影線。15.如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述對應(yīng)于照明的基于2-D草圖的用戶輸入指定光照位置、方向和強度。16.如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述用于自動構(gòu)建所述2.5D幾何模型的計算機程序指令包括執(zhí)行以下操作的計算機程序指令估計所述2-D草圖中的消失點以按照相應(yīng)的方向分類所述向量圖元；基于所述相應(yīng)的方向，將多種接合點類型的相應(yīng)接合點類型指派給關(guān)聯(lián)于所述向量圖元的每一共用端點；以及基于所述向量圖元中相應(yīng)的一些向量圖元的每一個將會形成所述2.5D幾何模型的封閉區(qū)域的相應(yīng)可能性，選擇所述相應(yīng)的一些向量圖元作為定義對象的相應(yīng)表面的連接線。17.如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述用于自動構(gòu)建所述2.5D幾何模型的對象的計算機程序指令包括用于執(zhí)行以下操作的計算機程序指令對于所述2.5D幾何模型的不能封閉的一或多個區(qū)域，按照一組被遮蔽的形狀完成準(zhǔn)則來完成所述一或多個區(qū)域。18.如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述用于自動構(gòu)建所述2.5D幾何模型的對象的計算機程序指令包括執(zhí)行以下操作的計算機程序指令對于所述2.5D幾何模型的不能封閉的一或多個區(qū)域，按照一組形狀分割完成準(zhǔn)則來完成所述一或多個區(qū)域。19.一種計算設(shè)備，包括處理器；以及耦合到所述處理器的存儲器，所述存儲器包含可由所述處理器執(zhí)行的計算機程序指令，所述計算機程序指令當(dāng)被所述處理器執(zhí)行時完成以下操作響應(yīng)于用戶在輸入設(shè)備上繪制2-D草圖，接收一組向量圖元；響應(yīng)于對所述向量圖元的接收-向量化所述向量圖元以產(chǎn)生一組定義多個線段的向量數(shù)據(jù)；估計所述線段的特性以將所述線段中的相應(yīng)一些線段指派給2.5D模型的表面；向用戶呈現(xiàn)所述2.5D模型的繪制；接收相應(yīng)于所述2-D草圖的一或多個區(qū)域的用戶輸入；以及響應(yīng)于對所述用戶輸入的接收，呈現(xiàn)所述繪制以圖示基于所述用戶輸入的照明位置、照明方向、照明強度、紋理和顏色中的一或多項。20.如權(quán)利要求19所述的計算設(shè)備，其特征在于，所述繪制是真實感繪制。全文摘要描述用于草繪真實的系統(tǒng)和方法。在一個方面，根據(jù)2-D草圖標(biāo)識一組向量圖元。在一個實現(xiàn)中，2-D草圖是由用戶手繪的。2.5D幾何模型是從向量圖元自動生成的。2.5D幾何模型是自動繪制并向用戶呈現(xiàn)的。在一個實現(xiàn)中，用戶提供基于2-D草圖的用戶輸入來修改呈現(xiàn)的照明位置、照明方向、照明強度、紋理、顏色和幾何形狀中的一或多項。文檔編號G06T15/50GK101300602SQ200680041086公開日2008年11月5日申請日期2006年11月1日優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日發(fā)明者H-Y·孫,S·B·康,X·陳,徐迎慶申請人:微軟公司