基于萤火虫算法的动画造型配色方案

李俊峰



基于萤火虫算法的动画造型配色方案

李俊峰

甘肃机电职业技术学院, 甘肃 天水 741000

为了减轻动画造型手工配色的冗繁工作量和降低设计成本，本文选择Moon & Speneer调和理论作为适应度进行自动打分，将萤火虫算法和计算机辅助设计配色结合，提出一种基于萤火虫算法的动画造型配色方法。结果表明，该方法可以快速准确地找到动画造型相搭配的配色方案，提高色彩的设计搭配水平。

萤火虫算法; 动画造型; 配色方案

色彩是动画造型设计过程中的重要组成部分，其对产品外观有直接影响[1,2]，对动画设计产品整体印象的贡献率高达80%，因此合理科学地搭配动画产品的颜色，对提高动画产品的视觉冲击力和美感，满足用户心理需求具有重要意义[3,4]。随着计算图像处理技术的快速发展，为减轻动画造型手工配色的冗繁工作量、降低设计成本，计算辅助设计配色被应用于动画造型配色。为了快速准确地找到动画造型相搭配的配色方案，将将萤火虫算法和计算机辅助设计配色结合，提出一种基于萤火虫算法的动画造型配色方法。研究结果表明，本文提出的方法可以快速准确的找到动画造型相搭配的配色方案，提高色彩的设计搭配水平。

1 萤火虫算法

萤火虫算法[5]（Fire-fly Algorithm，FA）是用萤火虫个体模拟搜索空间的点，利用萤火虫自身的趋光性，将寻优问题转化成为寻找萤火虫群体中亮度最大的萤火虫。每次迭代，找到亮度最大的萤火虫，通过萤火虫之间的吸引和移动实现萤火虫位置的更新。

萤火虫向亮度更强的萤火虫移动更新规则如下[5]：

X=X+()×(X-X)+×(-1/2) (1)

图 1 RGB彩色空间模型

2 色彩模型

2.1 RGB模型

RGB彩色模型如图1所示。

如图1所示RGB彩色空间模型中[6]，原点（0，0，0）对应黑色，顶点（1，1，1）对应白色，从原点到顶点（1，1，1）的连线称为灰色线，所有灰度值都分布在这条线上。其中位于X、Y、Z轴上的三个顶点分别对应红、绿、蓝三原色，其余各点分别对应不同的颜色，并由从原点指向该点的向量来定义。在RGB彩色模型中，所表示的图像由红、绿、蓝三种颜色分量组成。RGB彩色模型是通过颜色的加运算来完成颜色匹配的，当混合色的饱和度和亮度与另一种光的相等时，他们在人眼的视觉上将等效。

2.2 HSI彩色模型

HSI彩色模型[7]是由孟塞尔（Munseu HA）基于颜色的三个基本属性的基础上提出，从人的视觉系统出发，用色调（Hue）、色饱和度（Saturation）和亮度（Intensity）来描述色彩。它建立在两个重要的事实之上：其一是I分量与图像信息的强弱有关，其二是H和S分量和人感受颜色的方式紧密相连。HSI彩色空间模型如图2所示。

图 2 HSI彩色空间模型

HSI彩色模型和RGB彩色模型之间可以相互转换，RGB彩色模型对应HSI彩色模型的转换方程如下[8]：

HSI模型更符合人描述和解释颜色的方式，它把图像分成彩色信息和灰度信息，使其更符合灰度级的数字图像处理技术。

3 基于萤火虫算法的动画造型配色方案

3.1 算法编码

对于一个动画造型，不同颜色的搭配组合能够产生不同的感官和色彩效果，通常一个造型构件对应一种颜色。计算机辅助设计中，任何颜色均由RGB三个颜色分量叠加而成，颜色向量采用实数编码。用户手动指定一个造型中所有需要配色的构件，因此每个构件对应的颜色对应一个RGB颜色向量矩阵，配色方案如图3所示。

图 3 配色方案

3.2 适应度

为实现动画造型的自动配色，选择Moon & Speneer的色彩调和理论作为适应度[10,11]。由于编码采用的是RGB色彩模型，虽然便于机器显示，但是不方便自动打分，所以打分时，需要将RGB色彩模型转化为HVC色彩模型，适应度计算结束后，再将HVC色彩模型返回到RGB色彩模型[12]，适应度函数如公式（4）所示：

3.3 算法流程

将公式（4）作为萤火虫算法优化动画造型配色的目标函数，萤火虫算法的寻优结果为萤火虫亮度最大的萤火虫的位置(*1,*2,…,*)，其中表示颜色秩序度的个数，*1,*2,…,*表示所求的颜色配色方案。基于萤火虫算法的动画造型配色方案算法步骤如下：

Step1：初始化FA算法参数：萤火虫数量、初始吸引度0、步长因子、萤火虫初始位置X(X1,X2,…,X)和最大迭代次数；

Step 2：计算各萤火虫的亮度并进行排序：计算每个萤火虫所对应的适应度f(h,,c)，将其作为对应萤火虫的亮度并排序，得到亮度最大的萤火虫位置；

Step 3：判断迭代是否结束：如果算法达到最大迭代次数，则算法转到Step 4，否则转到Step 5；

Step 4：输出亮度最大的萤火虫位置及其亮度，将其得到的*1,*2,…,*作为颜色配色方案；

Step 5：更新萤火虫位置：根据公式（1）更新萤火虫的位置。

基于萤火虫算法的动画造型配色方案算法流程图如图4所示：

图 4 基于萤火虫算法的动画造型配色方案算法流程图

4 设计实例

为证明本文算法进行动画造型配色的效果和优势，运用2个卡通造型进行颜色配色方案验证，验证结果分别如图5和图6所示。

图 5 实例1

图6 实例2

通过2个卡通造型进行颜色配色方案验证结果可知，基于萤火虫算法的动画造型配色自动进化生成动画卡通人物造型并组装，可以有效提高设计效率和重复利用效率，同时可以提供更多的配色方案和造型设计方案。研究结果表明，本文提出的方法可以快速准确的找到动画造型相搭配的配色方案，提高色彩的设计搭配水平。

5 结论

为了减轻动画造型手工配色的冗繁工作量和降低设计成本，将萤火虫算法和计算机辅助设计配色结合，提出一种基于萤火虫算法的动画造型配色方法。研究结果表明，基于萤火虫算法的动画造型配色自动进化生成动画卡通人物造型并组装，可以有效提高设计效率和重复利用效率，同时可以提供更多的配色方案和造型设计方案，提高色彩设计和搭配水平。

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Color Scheme of Animation Modeling Based on Firefly Algorithm

LI Jun-feng

741000,

In order to reduce the heavy workload of manual color matching and a cost of design, this paper selected Moon & Speneer reconciliation theory as adaptability to automatically score, the Firefly Algorithm and computer-aided design color matching were combined to propose an animation color matching method based on Firefly Algorithm. The results showed that this method could quickly and accurately find the color matching scheme of animation modeling and improve the color matching level.

Firefly Algorithm; animation modeling; color scheme

TP391.1

A

1000-2324(2018)05-0867-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2018.05.029

2017-10-06

2017-11-03

李俊峰(1982-),男,硕士,讲师,主要研究方向为计算机多媒体,教育技术. E-mail:lijunfeng75@163.com