摘  要： 針對(duì)如何使圖像中的浮雕更具有立體感與觀賞性這一問(wèn)題，提出了一種利用單幅浮雕圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)3D浮雕效果的方法,。該方法主要是通過(guò)給圖像目標(biāo)區(qū)域增加高度值來(lái)實(shí)現(xiàn),。首先將圖像看作是由像素點(diǎn)組成的矩陣，進(jìn)行相關(guān)矩陣運(yùn)算,，同時(shí)將整幅圖像看作一個(gè)二維網(wǎng)格,，然后利用目標(biāo)圖像的顏色值作為高度值進(jìn)行三維網(wǎng)格的繪制，得出三維圖形,，并對(duì)生成的圖形進(jìn)行光照處理以獲得更好的視覺(jué)效果,。
關(guān)鍵詞： 3D；浮雕效果,；圖像,；高度值

　浮雕是在平面上雕刻出凹凸起伏形狀的一種雕塑，它是介于平面繪畫(huà)與三維浮雕之間的一種藝術(shù)表現(xiàn)形式,，能很好地保持三維物體基于某個(gè)觀測(cè)角度的外形輪廓和視覺(jué)效果,，因此也越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)。國(guó)內(nèi)外對(duì)浮雕進(jìn)行了大量的研究,，在這些研究中,，有的是從三維模型出發(fā)[1-2]，其基本方法是對(duì)三維幾何模型在某給定視覺(jué)方向的深度值進(jìn)行壓縮來(lái)獲得浮雕,。有的是從圖像出發(fā),，主要是從圖像的灰度與視覺(jué)的映射關(guān)系出發(fā)[3]，從圖像中提出灰度信息,，并轉(zhuǎn)化成為深度值,，從而生成三維浮雕模型。而將圖像表面分為高頻與低頻兩個(gè)分量進(jìn)行處理，且利用先驗(yàn)函數(shù)定義浮雕的高低起伏[4]來(lái)恢復(fù)3D浮雕效果也可取得很好的成效,。
　為了達(dá)到更好的藝術(shù)效果,，考慮到浮雕的深度、視覺(jué)效果和突出主題等,，一些研究學(xué)者從浮雕的細(xì)節(jié)出發(fā)對(duì)浮雕進(jìn)行處理，取得了不錯(cuò)的效果,。本文從二維浮雕圖像出發(fā),，用一種不那么復(fù)雜的算法顯示出3D浮雕效果，使圖像更有立體感與觀賞性,。
1 相關(guān)工作
　為了實(shí)現(xiàn)3D浮雕效果,，本文將二維圖像看是一個(gè)二維的網(wǎng)格平面，利用目標(biāo)區(qū)域圖像（去除背景）的顏色值作為物體的高度值進(jìn)行三維網(wǎng)格化繪制,，為了得到更好的視覺(jué)效果,，將得到的圖像進(jìn)行光照處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了這種方法在實(shí)現(xiàn)3D浮雕效果的有效性與快速性,。算法流程可以分為圖像分割,、給目標(biāo)區(qū)域增加一個(gè)高度值和設(shè)置光照3個(gè)部分。
1.1 圖像分割與背景填充
　圖像分割是數(shù)字圖像處理的重要技術(shù)之一,，圖像分割的目的是將圖像中的目標(biāo)區(qū)域與偽目標(biāo)區(qū)域及其背景分開(kāi)來(lái),，因?yàn)橹挥心繕?biāo)區(qū)域才能可以提供有用的信息。圖像分割技術(shù)主要包括區(qū)域分割,、閾值分割,、差分運(yùn)動(dòng)分割及邊緣檢測(cè)4大類(lèi)。然而,，由于浮雕圖像內(nèi)部的目標(biāo)區(qū)與背景區(qū)的紋理,、灰度和色彩等特征相同（如圖1所示），若采用一般的圖像分割方法很難得到滿(mǎn)意的效果,，因此可在Photoshop中手動(dòng)抽出目標(biāo)圖像[5],。
經(jīng)過(guò)分割處理后，圖像的背景色是白色,，由于目標(biāo)區(qū)域相對(duì)于白色背景而言像素值差異較大,，但也不排除目標(biāo)區(qū)域中一些較亮的點(diǎn)，為了確保最好效果,，將背景色換為黑色,。具體步驟為：（1）分別求出彩色圖像的R、G,、B分量,；（2）設(shè)置閾值求出新的r、g、b分量,；（3）將新的r,、g、b分量所代表的3個(gè)矩陣合并成1個(gè)代表彩色圖像的三維數(shù)組,。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn),，將閾值設(shè)置為200，即當(dāng)原圖像的R,、G,、B分量值均大于200時(shí)，則令r,、g,、b的值為0。圖像處理后的效果如圖2所示,。

1.2 給目標(biāo)區(qū)域增加高度值
　只有給目標(biāo)區(qū)域增加不同的高度值后,，才更能反映出浮雕的凹凸起伏，其思想是：圖像中物體的顏色是由該點(diǎn)經(jīng)過(guò)反射得到的,，所以顏色信息在一定程度上也反映了物體的形狀信息,，顏色淺的往往深度值較小，顏色深的地方往往相對(duì)深度值較大,，這樣就可以把物體上的顏色信息看成加到2D圖像網(wǎng)格上的高度場(chǎng),。
1.2.1 將圖像進(jìn)行矩陣運(yùn)算
　將圖像看作是由一個(gè)個(gè)像素點(diǎn)組成的矩陣，充分利用MATLAB強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力進(jìn)行以下處理：
　for i=1：im_size（1）
　for j=1：im_size（2）
　Image1（i,，j）=Image0（i,，j）×1.0+K×j/n；
　end
　end
　其中,，im_size（1）與im_size（2）分別是待處理圖像的長(zhǎng)和寬,，Image0（i，j）是原圖像中的一個(gè)采樣點(diǎn),，K與n是調(diào)節(jié)因子,。經(jīng)過(guò)運(yùn)算后，Image1成為一個(gè)二維的矩陣,。Image1（i,，j）是Image0（i，j）經(jīng)過(guò)上述算法后的圖像采樣點(diǎn),，本文所說(shuō)的給目標(biāo)區(qū)域圖像加高度值也是指在這些Image1（i,，j）采樣點(diǎn)上加高度值。
1.2.2 平滑化處理
　經(jīng)過(guò)矩陣運(yùn)算之后,，對(duì)原圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)平滑化處理,。處理函數(shù)為：
　W=smooth3（V,，‘filter’，size）（1）
　其中,，V是需要平滑的數(shù)據(jù),；W是平滑后的數(shù)據(jù)；filter是使用的卷積核,，可為‘gaussian’或‘box’（默認(rèn)值）,；size是卷積核大小。本文所要處理的數(shù)據(jù)是圖像Image0,，即經(jīng)過(guò)運(yùn)算后的圖像矩陣,，filter為‘box’，size為3,。
1.2.3 三維圖形繪制
　在進(jìn)行三維圖形繪制時(shí)，首先要將圖形的定義區(qū)域分成若干網(wǎng)格,，然后計(jì)算這些網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的二元函數(shù)值,，在本文中，這些網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的二元函數(shù)值就是加在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的高度值,。在MATLAB中,，生成網(wǎng)格使用meshgrid函數(shù)，而在眾多的三維繪制函數(shù)中使用meshz進(jìn)行繪制,，這是因?yàn)樗诶L制三維網(wǎng)格圖的同時(shí)在網(wǎng)格圖周?chē)L制垂直水平面的參考平面,。
1.3 設(shè)置光照
　人們之所以能夠看得見(jiàn)物體，是因?yàn)槲矬w的表面對(duì)光進(jìn)行了反射,，反射光進(jìn)入人眼,。為了使物體的圖形更具有真實(shí)感，需要給物體加上細(xì)膩的光照效果,。而給物體加光照效果,，最好的辦法是對(duì)物體可見(jiàn)面上的每一點(diǎn)都添加亮度與顏色。但是這種方法工作量大,，不易實(shí)現(xiàn),，因此，要充分利用物體的形狀與連接信息來(lái)添加光照效果,。
　本文采用了在點(diǎn)[1,，1，0]處設(shè)置一個(gè)點(diǎn)光源,，使用Phong光照模型[6]來(lái)實(shí)現(xiàn)光照效果,。Phong模型是一種最基礎(chǔ)卻很重要的光照模型，它分為鏡面反射光,、漫反射光和環(huán)境反射光3個(gè)累加階段,。

    本文利用單幅浮雕圖像實(shí)現(xiàn)3D浮雕效果，雖然思路不是很復(fù)雜，但是卻能很好地達(dá)到目標(biāo),。本文所實(shí)現(xiàn)的是一種偽3D效果,，即浮雕的高度值并不是其真正的物理高度值，這也是接下來(lái)要完成的任務(wù),。
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