具体实施方式

现有技术中，通过透视矩阵等方式实现图形的透视，过程复杂繁琐，不利于相关技术人员编程实现。为克服上述技术问题，本申请提出一种基于点运算的图形三维旋转和透视方法，能够简单快速的实现图形的旋转和透视。

本申请实施例公开了一种图形三维旋转和透视方法，参见图1所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤S11：从二维图形的几何路径上抓取目标坐标点，以得到二维点数组。

本实施例中，首先从需要进行三维旋转及透视的二维图形的几何路径上抓取多个目标坐标点，以得到二维点数组。

本实施例中，所述从二维图形的几何路径上抓取目标坐标点，可以包括：若所述二维图形由直线组成，则抓取所述二维图形的顶点作为所述目标坐标点；若所述二维图形包含曲线，则按照预设精度对所述曲线进行拆分得到多段直线子路径，并从所述直线子路径中抓取得到所述目标坐标点。可以理解的是，例如正方形或长方形则选取四个顶点作为目标坐标点，为提高后续旋转及透视的精确度，可以再在方形的边上抓取一些坐标点作为目标坐标点；若二维图形包含曲线部分，则按照预设精度拆分图形的路径，即通过拆分实现曲线的直线化，然后获取组成该图形子路径的坐标点，具体可以选取直线子路径的端点和子路径上的点作为目标坐标点。

步骤S12：向每个所述目标坐标点添加深度值得到三维坐标点，以得到三维点数组。

本实施例中，得到上述二维点数组后，向二维点数组内每个目标坐标点添加深度值，实现二维到三维的转换得到三维坐标点，以得到三维点数组。可以理解的是，目标坐标点只含有x、y的坐标值，为将二维空间图形转换为三维空间的图形，需要加上深度，即z方向的坐标值，则每个二维点会在对应一个三维点。

本实施例中，所述向每个所述目标坐标点添加深度值，可以包括：获取目标深度参数，并根据所述目标深度参数对向每个所述目标坐标点添加相应的深度值。即根据图形需要呈现的深度程度，向每个目标坐标点添加相应的深度值。

步骤S13：获取旋转角度和透视角度，根据所述旋转角度利用旋转算法对每个所述三维坐标点进行旋转变换，并根据所述透视角度利用透视算法对每个所述三维坐标点进行透视变化，以得到变换后三维数组。

本实施例中，获取图像显示需要的旋转角度和透视角度，然后根据旋转角度利用旋转算法对每个三维坐标点进行旋转变换，并根据透视角度利用透视算法对每个三维坐标点进行透视变化，以得到旋转并透视的变换后三维数组。需要说明的是，旋转和透视没有先后顺序的要求。

本实施例中，所述根据所述旋转角度利用旋转算法对每个所述三维坐标点进行旋转变换，可以包括：根据旋转轴确定所述三维坐标点的每个维度坐标对应的旋转变换公式；所述旋转变换公式包括基于三角函数构建得到的公式；基于所述三维坐标点，根据所述旋转角度利用所述旋转变换公式，计算得到旋转变换后的坐标点。

本实施例中，旋转角的正负按照右手规则确定，右手大拇指指向旋转轴的正向，其余四个手指指向旋转角的正向，图2所示的绕y轴旋转箭头所指方向为正向，在此基础上构建x、y、z轴分别作为旋转轴时，x、y、z坐标对应的旋转变换公式。三维空间中的坐标点（x，y，z）经过旋转后坐标值变为（x’，y’，z’）。

当一点P（x，y，z）绕x坐标轴旋转θ度时，显然x坐标值不会改变，y和z坐标值会随着旋转角度值大小变化而改变。旋转变换公式如下：x’ = x；y’ = ycosθ- zsinθ；z’ = ysinθ+ zcosθ。

当点P（x，y，z）绕y坐标轴旋转α角度时，y坐标值不会改变，x和z方向坐标值随着旋转角度值大小变化而改变。此时，旋转变换公式如下：y’= y；x’ = xcosα+zsinα；z’ = zcosα- xsinα。

当点P（x，y，z）绕z坐标轴旋转β角度时，z坐标值不会改变，x和y方向坐标值随着旋转角度变化而改变。此时，旋转变换公式如下：z’ = z；x’ = xcosβ + ysinβ；y’ = ycosβ –xsinβ。

当点p是绕任意轴旋转的情况时，分解为绕x、y、z轴的旋转，比如先绕x轴旋转θ度，在绕y轴旋转α度时，把经过x轴旋转后的坐标作为原始坐标带入绕y坐标轴旋转的公式即可，即每次绕坐标轴旋转之后的坐标都作为下次旋转之前的原始坐标。

本实施例中，所述根据所述透视角度利用透视算法对每个所述三维坐标点进行透视变化，可以包括：根据视点位置和所述透视角度，利用与所述视点位置的维度对应的预设透视变换公式计算确定出透视变换参数；基于所述三维坐标点和所述透视变换参数，计算得到透视变换后的坐标点。可以理解的是，透视是由于观察距离以及方位不同在视觉上引起不同的反映的现象。一个图形加了透视效果之后就会有立体深度的感觉。使得平面可正确地表现出物体之间的远近关系和远近层次感。当透视角度越大时，透视效果越明显。透视角度为0时，无透视效果。本实施例中，根据透视角度控制透视效果，透视角度范围可以是0度到120度。

具体的，上述透视变换公式可以如下所示：e = A_e*(1 +tan((π / 2) - γ *0.7))， A_e为视点位置坐标，可以为X_e或Y_e或Z_e，A为旋转轴，可以为X或Y或Z，

x’ = x *e / (e + A)；

y’ = y *e / (e + A)；

z’ = z *e / (e + A)；

例如，视点位置为在Z轴上的透视变换，视点的坐标为(0，0，Ze)，透视角度为γ，原始坐标点为P(X，Y，Z)，经过透视变换后坐标值为（x’，y’，z’），透视变换坐标计算如下：e =Z_e * (1 +tan((π / 2) - γ * 0.7))，x’ = x *e / (e + Z)；y’ = y *e / (e + Z)；z’= z *e / (e + Z)。

例如，图3是透视角度为0度，即无透视效果图；图4为透视角度为60度的效果图，图5透视角度为120度的效果图。

步骤S14：基于所述变换后三维数组确定待绘制图形的面，并通过对所述面进行绘制填充操作得到所述二维图形旋转并透视后的三维图形。

本实施例中，得到上述变换后三维数据后，基于变换后三维数组确定出待绘制图形的面，然后通过对该面进行绘制填充操作得到上述二维图形旋转并透视后的三维图形。

本实施例中，所述基于所述变换后三维数组确定待绘制图形的面，可以包括：连接所述变换后三维数据中相邻的三维坐标点，得到三维图像的面；基于视点位置利用背面消除法消隐背向所述视点位置的面，以得到所述待绘制图形的面。即将变换后相邻的三维坐标点相连接组成新的三维图形的面，然后利用背面消除法消隐背向视点位置的面，以得到待绘制图形的面。背面消除法是运用背面消隐原理的消隐算法，物体表面的法向量即是表面的朝向，因此法向量方向背向观察点的物体表面都应被消隐。

本实施例中，所述通过对所述面进行绘制填充操作得到所述二维图形旋转并透视后的三维图形，可以包括：利用光照模型计算所述待绘制图形的面的亮度；根据所述待绘制图形的面的几何路径，根据所述亮度对所述面进行绘制填充，以得到所述二维图形旋转并透视后的三维图形。光照模型即根据光学物理中的相关定律，计算出景物表面上任一点投向观察者眼中的光亮度的大小和色彩组成的公式，从而在显示器上生成所显示的真实感图形。具体的，可以利用phong光照模型计算需要绘制的面的亮度，然后根据待绘制图形的面的几何路径，根据亮度对该面进行绘制填充，以得到二维图形旋转并透视后的三维图形。例如图6A所示为原图片, 图6B所示为6A所示的原图片经过上述旋转透视步骤后的效果图。

由上可见，本实施例中从二维图形的几何路径上抓取目标坐标点，以得到二维点数组；向每个所述目标坐标点添加深度值得到三维坐标点，以得到三维点数组；获取旋转角度和透视角度，根据所述旋转角度利用旋转算法对每个所述三维坐标点进行旋转变换，并根据所述透视角度利用透视算法对每个所述三维坐标点进行透视变化，以得到变换后三维数组；基于所述变换后三维数组确定待绘制图形的面，并通过对所述面进行绘制填充操作得到所述二维图形旋转并透视后的三维图形。可见，通过从二维图形的几何路径上抓取目标坐标点，在添加深度值后得到三维坐标点，然后根据需要的旋转角度对利用旋转算法对每个三维坐标点进行旋转变换，并根据需要的透视角度利用透视算法对每个三维坐标点进行透视变化，由此，基于点运算简单快速的实现图形的旋转和透视。

相应的，本申请实施例还公开了一种图形三维旋转和透视装置，参见图7所示，该装置包括：

坐标点抓取模块11，用于从二维图形的几何路径上抓取目标坐标点，以得到二维点数组；

三维点数组确定模块12，用于向每个所述目标坐标点添加深度值得到三维坐标点，以得到三维点数组；

旋转及透视模块13，用于获取旋转角度和透视角度，根据所述旋转角度利用旋转算法对每个所述三维坐标点进行旋转变换，并根据所述透视角度利用透视算法对每个所述三维坐标点进行透视变化，以得到变换后三维数组；

绘制模块14，用于基于所述变换后三维数组确定待绘制图形的面，并通过对所述面进行绘制填充操作得到所述二维图形旋转并透视后的三维图形。

本实施例中，从二维图形的几何路径上抓取目标坐标点，以得到二维点数组；向每个所述目标坐标点添加深度值得到三维坐标点，以得到三维点数组；获取旋转角度和透视角度，根据所述旋转角度利用旋转算法对每个所述三维坐标点进行旋转变换，并根据所述透视角度利用透视算法对每个所述三维坐标点进行透视变化，以得到变换后三维数组；基于所述变换后三维数组确定待绘制图形的面，并通过对所述面进行绘制填充操作得到所述二维图形旋转并透视后的三维图形。可见，通过从二维图形的几何路径上抓取目标坐标点，在添加深度值后得到三维坐标点，然后根据需要的旋转角度对利用旋转算法对每个三维坐标点进行旋转变换，并根据需要的透视角度利用透视算法对每个三维坐标点进行透视变化，由此，基于点运算简单快速的实现图形的旋转和透视。

在一些具体实施例中，所述坐标点抓取模块11具体可以包括：

第一坐标点抓取单元，用于若所述二维图形由直线组成，则抓取所述二维图形的顶点作为所述目标坐标点；

第二坐标点抓取单元，用于若所述二维图形包含曲线，则按照预设精度对所述曲线进行拆分得到多段直线子路径，并从所述直线子路径中抓取得到所述目标坐标点。

在一些具体实施例中，所三维点数组确定模块12具体可以包括：

深度值添加单元，用于获取目标深度参数，并根据所述目标深度参数对向每个所述目标坐标点添加相应的深度值。

在一些具体实施例中，所述绘制模块14具体可以包括：

连接单元，用于连接所述变换后三维数据中相邻的三维坐标点，得到三维图像的面；

消除单元，用于基于视点位置利用背面消除法消隐背向所述视点位置的面，以得到所述待绘制图形的面。

在一些具体实施例中，所述绘制模块14具体可以包括：

亮度计算单元，用于利用光照模型计算所述待绘制图形的面的亮度；

绘制单元，用于根据所述待绘制图形的面的几何路径，根据所述亮度对所述面进行绘制填充，以得到所述二维图形旋转并透视后的三维图形。

在一些具体实施例中，所述旋转及透视模块13具体可以包括：

旋转变换公式确定单元，用于根据旋转轴确定所述三维坐标点的每个维度坐标对应的旋转变换公式；所述旋转变换公式包括基于三角函数构建得到的公式；

旋转变换单元，用于基于所述三维坐标点，根据所述旋转角度利用所述旋转变换公式，计算得到旋转变换后的坐标点。

在一些具体实施例中，所述旋转及透视模块13具体可以包括：

透视变换参数确定单元，用于根据视点位置和所述透视角度，利用与所述视点位置的维度对应的预设透视变换公式计算确定出透视变换参数；

透视变换单元，用于基于所述三维坐标点和所述透视变换参数，计算得到透视变换后的坐标点。

进一步的，本申请实施例还公开了一种电子设备，参见图8所示，图中的内容不能被认为是对本申请的使用范围的任何限制。

图8为本申请实施例提供的一种电子设备20的结构示意图。该电子设备20，具体可以包括：至少一个处理器21、至少一个存储器22、电源23、通信接口24、输入输出接口25和通信总线26。其中，所述存储器22用于存储计算机程序，所述计算机程序由所述处理器21加载并执行，以实现前述任一实施例公开的图形三维旋转和透视方法中的相关步骤。

本实施例中，电源23用于为电子设备20上的各硬件设备提供工作电压；通信接口24能够为电子设备20创建与外界设备之间的数据传输通道，其所遵循的通信协议是能够适用于本申请技术方案的任意通信协议，在此不对其进行具体限定；输入输出接口25，用于获取外界输入数据或向外界输出数据，其具体的接口类型可以根据具体应用需要进行选取，在此不进行具体限定。

另外，存储器22作为资源存储的载体，可以是只读存储器、随机存储器、磁盘或者光盘等，其上所存储的资源包括操作系统221、计算机程序222及包括二维点数组在内的数据223等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。

其中，操作系统221用于管理与控制电子设备20上的各硬件设备以及计算机程序222，以实现处理器21对存储器22中海量数据223的运算与处理，其可以是Windows Server、Netware、Unix、Linux等。计算机程序222除了包括能够用于完成前述任一实施例公开的由电子设备20执行的图形三维旋转和透视方法的计算机程序之外，还可以进一步包括能够用于完成其他特定工作的计算机程序。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种图形三维旋转和透视方法、装置、设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。