计算机视觉之--使用opencv生成简笔画小视频

本教程介绍了如何使用opencv生成一副简笔画视频，包括片头、如何做画等。

1、视频包括：

（1）片头：包括学号姓名，同时会出现"I Love CV"在学号和姓名的中央，而且他们是以动画方式“飞入”视频的，其中姓名从顶部“飞”到屏幕1/3处，学号信息从下“飞”到1/3处，I LOVE CV从左向右飞入。在片头显示完后，会停顿越三秒钟后，片头消失，正片开始。

下图为片头停顿处截图：

（2）正片：正片主要画了一头可爱的小熊和一头胖胖的小猪以及一个桃心（预示着小熊.....），其中所有的镜头最小单位都是像素，是一个点一个点画计算并画出的，并没有调用内置的画图函数（画点函数除外）以下是最终效果截图：

一、开发环境

1、开发环境：vs2015

2、Opencv库：opencv2.4

3、操作系统：windows10

二、实现方法

我把整个实现分为三步：

初始化、工具函数的编写、画图

下面将分开说明各部分实现步骤：

1、初始化：首先定义两个全局变量ViedoWriter writer和Mat image，并对其初始化，分别在规定路径创建一个空视频（writer）和空矩阵或图片（image）。我的想法是一个点一个点的画图，所以我需要每画一个点或者一个规定步长的点就网writer里写一帧，所以我封装了一个函数putPicture（Mat img）用于将参数传入writer中。在以后的画图工具函数中，我每描出一个点就调用一次putPicture函数。

2、对于工具函数的撰写，我主要写了以下几个函数：

（1）drawPoint（Mat img, Point center,Scalar color,int thick）

功能：可以再指定的center上画不同大小的点（大小由thick参数指定）。该函数是画所有图的核心函数

实现：调用opencv的circle函数

（2）drawLine（Mat mat, Point start, Point end,Scalar color,int thick）

功能：通过起始终止点画出一条线段并将每个点以一帧的形式存入视频。

实现：使用DDA算法画直线。

改进：DDA有舍入误差会影响精度，可以使用bersenham算法，但我没有时间了。。。

（3）drawArc(Mat img, Point center, double radius, double start_angle, double end_angle, Scalar color,int thick)

功能：通过给定参数逐点画圆弧并将每个点以一帧的形式存入视频。

实现：用圆的参数方程逐点描出

改进：可使用bersenham算法，但我个人觉得针对此问题没必要，增加很多算法上的负担。因为此问题不太要求精度。

（4）drawEarc（Mat img, Point center, double radius, double start_angle, double end_angle, float a,float b,Scalar color,int thick,bool is_x）

功能：通过给定参数画椭圆弧并将每个点以一帧的形式存入视频，其中通过is_x变量可以指定焦点位置，同时thick可以指定宽度，color指定颜色

实现：同样使用参数方程

（5）drawStar（Mat img,Point center,int a,Scalar color,int thick）

功能：通过给定参数画心形并将每个点以一帧的形式存入视频，其中a可指定心形的大小。

实现：

arc.x = center.x + a*i*sin(PI*sin(i) / i);

arc.y = center.y + a*abs(i)*cos(PI*sin(i) / i);

并没有使用经典的笛卡尔心形公式，而是使用的这个形状更好看的参数方程。

（6）drawBackground（bool flag）

功能：画一个白色的大矩形覆盖整个屏幕，起到画背景和清屏的作用

3、有了以上制作视频思路和工具最后的画图部分考验的更多的是时间，我主要分了三部分来画

（1）drawBear（）

功能：顾名思义画熊。对于这个萌萌哒的小熊：

他的身子是椭圆的一部分弧,耳朵是圆的一部分，鼻子是一个小椭圆但是我增加了线的厚度。

改进：需要改进的部分太多了，由于我是“凭空”使用我的工具画的，并没有使用ps等工具具体的挖出精确的点来画，所以导致很多部分无法完成。这也导致只熊的身子和腿很丑。

（2）drawRh（）

功能：画猪

这个猪的构造很简单，我没有选择有复杂曲线的猪，选择了这个可以由圆构成的猪。

改进：可以使用参数曲线算法来丰富他的身体。

（3）drawText()

功能：制作片头

实现方法：使用内置的puttext函数，加上清屏函数组合来完成文字的滑动，即每移动一次字幕调用清屏函数，最后使用临时变量保存的算法使三行字幕停顿几秒钟。

三、心得体会与优缺点：

缺点与不足：

1、没有对于中文的处理，本来学号和姓名我很想使用中文的，但是opencv不支持，后来又使用freetype包却出现很多编译错误，没办法由于时间紧迫没有实现

2、画图工具封装的太少，只做了几个最基本的函数，对于高级的函数如参数曲线等由于能力问题并没有用到

3、没有对颜色的处理

下面附上源代码：

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include<string>
#include<io.h>
#include<math.h>
#include"base.h"
using namespace std;
using namespace cv;
#define NUM_FRAME 300
#define SIZE 5
#define W 1080
#define H 720
#define PI 3.1415926
char path[100];//输入文件路径
VideoWriter writer;
Mat image,temp;
Point s, e;
void convert(Point &a)
{a.x = a.x + W / 2;a.y = -a.y + H / 2;
}
void rconvert(Point &a)
{a.x = a.x - W / 2;a.y = -a.y + H / 2;
}void init()
{//image= Mat::zeros(W, W, CV_8UC3);//创建一张空图像image = Mat(H, W, CV_8UC3);temp = Mat(H, W, CV_8UC3);strcpy(path, "G:\\image\\viedo.avi");writer = VideoWriter(path, CV_FOURCC('X', 'V', 'I', 'D'), 30, Size(W, H));
}
void putPicture(Mat img)
{writer.write(Mat(img));
}
void delay(int k)
{for (int i = 0; i <= k; i++){putPicture(image);}
}
void play()
{VideoCapture capture(path);if (!capture.isOpened())cout << "fail to open!" << endl;////获取整个帧数//long totalFrameNumber = capture.get(CV_CAP_PROP_FRAME_COUNT);//cout << "整个视频共" << totalFrameNumber << "帧" << endl;//设置开始帧()long frameToStart = 0;capture.set(CV_CAP_PROP_POS_FRAMES, frameToStart);cout << "从第" << frameToStart << "帧开始读" << endl;//获取帧率double rate = capture.get(CV_CAP_PROP_FPS);cout << "帧率为:" << rate << endl;//承载每一帧的图像
    Mat frame;//显示每一帧的窗口namedWindow("Viedo");//两帧间的间隔时间:int delay = 1000 / rate;long currentFrame = frameToStart;while (1){//读取下一帧if (!capture.read(frame)){break;return;}//这里加滤波程序imshow("Extracted frame", frame);int c = waitKey(delay);//按下按键后会停留在当前帧，等待下一次按键if (c >= 0){waitKey(0);}currentFrame++;}//关闭视频文件
    capture.release();
}
void drawLine(Mat mat, Point start, Point end,Scalar color,int thick)
{//printf("start Point: x=%d y=%d\n", start.x, start.y);
    convert(start);convert(end);int x1, y1,step;Point center=start;x1 = start.x;y1 = start.y;double footx,footy;int dx = end.x - start.x;int dy = end.y - start.y;drawPoint(mat, center, color,thick);putPicture(mat);if (abs(dx) > abs(dy)){step = abs(dx);}else {step = abs(dy);}footx = (double)dx / step;footy = (double)dy / step;//printf("footy = %f\n", footy);for (int i = 0; i<step; i++){if (footx > 0) {x1 += int(footx + 0.5);}if (footx < 0){x1 += int(footx - 0.5);}if (footy > 0){y1 += int(footy + 0.5);}if (footy < 0){y1 += int(footy - 0.5);}center.x = x1;center.y = y1;drawPoint(mat, center, color,thick);//printf("x=%d y=%d\n", center.x, center.y);
        putPicture(mat);}rconvert(center);//printf("end Point: x=%d y=%d\n", center.x, center.y);//printf("\n");
}
void drawLine2(Mat mat, Point start, Point end, Scalar color,int thick)
{convert(start);convert(end);int x1, y1, step;double k;Point center = start;x1 = start.x;y1 = start.y;int dx = end.x - start.x;int dy = end.y - start.y;if (dx != 0){k = dy / dx;}elsek = 0;double d = k - 0.5;drawPoint(mat, center, color,thick);printf("start Point: x=%d y=%d\n", center.x, center.y);putPicture(mat);while(x1!=end.x){x1++;if (d >= 0){y1++;d = d + k - 1;}else{d = d + k;}center.x = x1;center.y = y1;drawPoint(mat, center, color,thick);//printf("x=%d y=%d\n", center.x, center.y);
        putPicture(mat);}printf("end Point: x=%d y=%d\n", center.x, center.y);
}
void drawBackground(bool flag)
{rectangle(image,Point(0, 0),Point(W, W),Scalar(255, 255, 255),-1,8);if (flag == true){putPicture(image);}rectangle(image,Point(0, 550),Point(W, W),Scalar(0, 255, 0),-1,8);
}
void drawText()
{int i = 0;int count = 30;String name = "name    :   Sunke";String number = "Student ID: 317040001";String other = "I Love CV";while(1){i++;putText(image, number, Point(W / 3,H-i*(H/3)/count), CV_FONT_HERSHEY_COMPLEX, 1, Scalar(255, 0, 0));putText(image, name, Point(W/3, 0 + i*(H / 3) / count), CV_FONT_HERSHEY_COMPLEX, 1, Scalar(0, 0, 255));putPicture(image);if (i == count){image.copyTo(temp);for (int j = 0; j <= count; j++){temp.copyTo(image);putText(image, other, Point(75+j*(W/3)/count, H/2), CV_FONT_HERSHEY_TRIPLEX, 1.5, Scalar(0, 255, 0));putPicture(image);if (j == count)//片头延时
                {delay(200);}drawBackground(false);}break;}else{drawBackground(false);//只是重置image变量，并不画这样避免了闪屏
        }}putPicture(image);
}
void drawArc(Mat img, Point center, double radius, double start_angle, double end_angle, Scalar color,int thick)
{convert(center);Point arc;double foot = 0.02;for (double r = start_angle; r <= end_angle; r = r + foot){arc.x = center.x + radius*cos(r);arc.y = center.y + radius*sin(r);if (r == start_angle){s = arc;}if (r == end_angle){s = arc;}drawPoint(img, arc, color,thick);putPicture(image);}
}
void drawEarc(Mat img, Point center, double radius, double start_angle, double end_angle, float a,float b,Scalar color,int thick,bool is_x)
{convert(center);Point arc;double foot=0.02;for (double r = start_angle; r <= end_angle; r = r + foot){if (is_x){arc.x = center.x + a*cos(r);arc.y = center.y + b*sin(r);}else{arc.x = center.x + b*cos(r);arc.y = center.y + a*sin(r);}if (r == start_angle){s = arc;}if (r == end_angle){s = arc;}drawPoint(img, arc, color,thick);putPicture(image);}
}
void drawBear()
{Point left_eye(190, 160);Point right_eye(230, 160);convert(left_eye);convert(right_eye);drawLine(image, Point(150, 100), Point(150, 180), Scalar(0, 0, 0),1);//drawLine(image, Point(150, 220), Point(190, 200), Scalar(0, 0, 0),1);drawArc(image, Point(165, 180), 15, PI,2*PI,Scalar(0, 0, 0), 1);drawEarc(image, Point(210, 180), 50, PI, 2 * PI, 30, 8, Scalar(0, 0, 0),1,true);drawArc(image, Point(255, 180), 15, PI, 2 * PI, Scalar(0, 0, 0), 1);//drawLine(image, Point(230, 180), Point(270, 220), Scalar(0, 0, 0),1);drawLine(image, Point(270, 180), Point(270, 100), Scalar(0, 0, 0),1);//脸drawPoint(image, left_eye, Scalar(0, 0, 0),5);drawPoint(image, right_eye, Scalar(0, 0, 0),5);putPicture(image);drawEarc(image, Point(210, 140), 50, 0, 2 * PI, 6, 3, Scalar(0, 0, 0),5,true);drawLine(image, Point(210, 143), Point(210, 125), Scalar(0, 0, 0), 1);drawLine(image, Point(210, 125), Point(200, 115), Scalar(0, 0, 0), 1);drawLine(image, Point(210, 125), Point(220, 115), Scalar(0, 0, 0), 1);//手drawLine(image, Point(150, 100), Point(90, 0), Scalar(0, 0, 0), 1);drawLine(image, Point(270, 100), Point(330, 0), Scalar(0, 0, 0), 1);//左drawLine(image, Point(50, 0), Point(70, -20), Scalar(0, 0, 0), 1);drawLine(image, Point(70, -20), Point(150, 40), Scalar(0, 0, 0), 1);//右drawLine(image, Point(370, 0), Point(350, -20), Scalar(0, 0, 0), 1);drawLine(image, Point(350, -20), Point(270, 40), Scalar(0, 0, 0), 1);//身体//左drawEarc(image, Point(155, -40), 50, -1.5*PI, -0.5*PI, 100, 30, Scalar(0, 0, 0), 1,false);drawLine(image, Point(155, -140), Point(190, -140), Scalar(0, 0, 0), 1);drawLine(image, Point(190, -140), Point(190, -90), Scalar(0, 0, 0), 1);//右drawEarc(image, Point(265, -40), 50, -0.5*PI, 0.5*PI, 100, 30, Scalar(0, 0, 0), 1, false);drawLine(image, Point(270, -140), Point(240, -140), Scalar(0, 0, 0), 1);drawLine(image, Point(240, -140), Point(240, -90), Scalar(0, 0, 0), 1);//drawLine(image, Point(190, -90), Point(240, -90), Scalar(0, 0, 0), 1);drawEarc(image, Point(215, -90), 50, PI, 2 * PI, 25, 8, Scalar(0, 0, 0), 1, true);}
void drawStar(Mat img,Point center,int a,Scalar color,int thick)
{convert(center);Point arc;double foot=2*PI/360;for (double i = -PI; i <= PI; i=i+foot){/*arc.x = center.x + a*(2 * cos(i) - cos(2 * i));arc.y = center.y + a*(2 * sin(i) - sin(2 * i));*/arc.x = center.x + a*i*sin(PI*sin(i) / i);arc.y = center.y + a*abs(i)*cos(PI*sin(i) / i);drawPoint(img, arc, color, thick);putPicture(image);}
}
void drawRh()
{Point left_eye(-240, 160);Point right_eye(-180, 160);Point left_nose(-240,85);Point right_nose(-180,85);convert(left_eye);convert(right_eye);convert(left_nose);convert(right_nose);drawArc(image, Point(-210, 130), 100, 0, 2 * PI, Scalar(0, 0, 0), 1);//眼眶drawArc(image, Point(-170, 170), 20, 0, 2 * PI, Scalar(0, 0, 0), 1);drawArc(image, Point(-250, 170), 20, 0, 2 * PI, Scalar(0, 0, 0), 1);//眼球drawPoint(image, left_eye, Scalar(0, 0, 0), 6);putPicture(image);drawPoint(image, right_eye, Scalar(0, 0, 0), 6);putPicture(image);//鼻子drawEarc(image, Point(-210, 85), 50, 0, 2 * PI, 60, 30, Scalar(0, 0, 0), 1, true);//鼻孔drawPoint(image, left_nose, Scalar(0, 0, 0), 9);putPicture(image);drawPoint(image, right_nose, Scalar(0, 0, 0), 9);putPicture(image);//左耳朵drawLine(image, Point(-280, 207), Point(-280, 240), Scalar(0, 0, 0), 1);drawLine(image, Point(-280, 240), Point(-260, 220), Scalar(0, 0, 0), 1);//右耳朵drawLine(image, Point(-140, 207), Point(-140, 240), Scalar(0, 0, 0), 1);drawLine(image, Point(-140, 240), Point(-160, 220), Scalar(0, 0, 0), 1);//身子drawEarc(image, Point(-210, 95), 170, 0, 2*PI, 185,160,Scalar(0, 0, 0), 2,true);//脚drawArc(image, Point(-290, -80), 30, PI, 2 * PI, Scalar(0, 0, 0), 1);drawLine(image, Point(-320, -80), Point(-260, -80), Scalar(0, 0, 0), 1);drawArc(image, Point(-130, -80), 30, PI, 2 * PI, Scalar(0, 0, 0), 1);drawLine(image, Point(-160, -80), Point(-100, -80), Scalar(0, 0, 0), 1);}
int main()
{printf("正在生成视频，请稍后");init();drawBackground(true);drawText();drawBear();drawRh();drawStar(image, Point(0, 300), 40, Scalar(255, 255, 0), 2);drawStar(image, Point(300, 300), 50, Scalar(255, 0, 255), 2);drawStar(image, Point(0, 0), 35, Scalar(255, 0, 0), 2);drawStar(image, Point(-350, 250), 35, Scalar(255, 0, 255), 2);imshow("pig", image);play();waitKey();return 0;
}

base.cpp

#include"base.h"
#include<math.h>void MyLine(Mat img, Point start, Point end)
{int thickness = 2;int lineType = 8;line(img,start,end,Scalar(255, 255, 255),thickness,lineType);
}
void drawPoint(Mat img, Point center,Scalar color,int thick)
{circle(img,center,thick,color,-1);
}
void drawEye(Mat img, Point center, Scalar color)
{circle(img,center,5,color,-1);
}

转载于:https://www.cnblogs.com/SK1997/p/8042506.html

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