新宝娱乐城轮盘打不开: 士郎 低多边形化风格——边缘检测、德洛内剖分及其他

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最近看了这个如何使用JavaScript生成lowpoly风格图像?,了解到了德洛内三角形的相关知识,迅速让我想到是否可以将这些内容应用到我目前自学的项目中来。因此尝试学习了该课题,并考虑在自学的项目中将课题应用,以解决素材偏少的问题。

以下是使用到的图片:



边缘检测
边缘检测使用到了《unity shader入门精要》[1]中提到的Sobel算子
   
[AppleScript] 纯文本查看 复制代码
 private float Sobel(int x, int y)
    {
        float Gx = 0;
        Gx += Luminance(x - 1, y - 1) * -1;
        Gx += Luminance(x - 1, y) * -2;
        Gx += Luminance(x - 1, y + 1) * -1;
        Gx += Luminance(x + 1, y - 1) * 1;
        Gx += Luminance(x + 1, y) * 2;
        Gx += Luminance(x + 1, y + 1) * 1;
        float Gy = 0;
        Gy += Luminance(x - 1, y - 1) * 1;
        Gy += Luminance(x, y - 1) * 2;
        Gy += Luminance(x + 1, y - 1) * 1; 
        Gy += Luminance(x - 1, y + 1) * -1;
        Gy += Luminance(x, y + 1) * -2;
        Gy += Luminance(x + 1, y + 1) * -1;
        return Mathf.Sqrt(Gx * Gx + Gy * Gy);//出于性能考虑可以用 Mathf.Abs(Gx) + Mathf.Abs(Gy);
    }

当然,处于不同的表现、性能、采样上的需求,也可以使用规模不等的其他算子计算卷积核结果。
设定门槛为1之后,图片变成了这样:





点的选取
点的选取分为两部分:边缘和背景。之所以要分为两部分选点,是要尽量避免边缘之间出现大块的空白,致使三角网出现交错锐利的形状。
以下是边缘采样门槛0.9f、背景采样率0.999f的分布图:




德洛内三角网
关于德洛内三角形,我参考并简化了mattatz[2]所使用的逐点插入法,其实最开始我参考的是[3]中的写法,但是经过我反复推算,在某些情况下有问题,在写完传统的逐点插入法然后再次阅读此文的时候,愕然发现文末已经有人评论:


大家注意下, 楼主提供的中文伪代码有一处问题: "对edge buffer进行去重" 表意不明. 经测试, 准确的做法应为, "将 edge buffer 中重复的 edge 全部去除(注意并非只是将重复的部分去掉, 而是将发生重复的 edge 全部去除, 即不仅去除重复的部分, 原本的 edge 也要去掉).



色彩
当我们拥有了从Vector2[]生成的诸多三角形,接下来的事情就是要将三角形实例化。由于我还没有写过软渲染器,所以对于如何渲染抗锯齿的图元目前还只停留在用蒙特卡洛方法大量采样的想法上。而一个图形动辄数百个三角形,十几万像素,如果每个像素都要这么做实在是太费时间,因此时间无多的我决定先将三角形导出成Mesh。



三角面片只使用顶点色着色,一个三角面片的颜色来源于其中点的颜色。



更多思考
由于时间关系,我只是草草对边缘检测和德洛内三角剖分进行了浅尝辄止的研究,本课题也仅停留在刚刚能用的地步,有巨大的改进空间。
第一,是将低面数化后的结果以图像的形式输出,这一块必然要用到光栅化的渲染管线知识,我计划之后参考


第二,是改进选点算法,可以看到,风格化后,原本均匀的树枝变得崎岖不平。目前我想到了两个方向,一,将图像尺寸压缩到原本的几分之一进行选点,保证点与点之间密度不至于过于离谱;二,取消背景选点,将图像简化成若干色阶,再做边缘检测,保证边缘附近的点不至于被背景选点所破坏形成的轮廓。
第三,使用更好的剖分算法,目前的插入算法中,对于每个新增的点都会遍历已生成的所有三角形,致使高点数下运算时间过长。
以下是Github地址,若有时间我会继续琢(mo)磨该课题





[1]《Unity Shader入门精要》参考文献


知乎@破晓


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边缘检测和德洛内三角剖分
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边缘检测、德洛内剖
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擦,看着就有点牛逼,什么矢量卷积什么的听着就高端
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有点厉害,谢谢分享!
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