线条画是一种深受设计师和艺术家喜爱的绘画方式^[1]。绘画者通过纸笔或其他设备采集线条笔触信息,勾勒出物体的轮廓及其重要细节特征。线条画能够允许绘画者快速表达设计理念或艺术思想,在工业设计和艺术创作流程中起到了重要的指导作用^[2]。然而,想要借助较少的线条准确地反映绘画者的思想却非常困难。绘画者通常绘制带有很多线条的草图,然后再对复杂线条草图进行多余线条的擦除或线条画整体重绘得到最终的线画图,这浪费了大量的人力和时间,严重制约了线条画的绘制效率。本文利用计算机技术,基于线条画包含的空间、时间等属性信息,研究如何将一幅复杂的线条画自动转换为简洁的、保留线条画主要结构的矢量图形,具体研究工作如下:1.提出了一种以栅格线条画作为输入的线条画简化方法。首先对二值化后的输入栅格线条画进行区域分割,得到过分割的线条画区域。其次引入迭代的栅格线条画结构优化流程,去除多余的线条画区域。然后对线条区域进行骨架提取以及拓扑分析,再次借助迭代的栅格线条画结构优化流程,对拓扑中的开口分支进行分析和优化,进一步改进线条画的拓扑结构。最后基于改进的线条画拓扑,完成复杂线条画的矢量化工作,并对矢量化结果进行拟合偏移误差修正以及连续性优化,得到保留原始绘画意图的矢量图形。该方法能够自动将线条栅格图像转换为矢量图形,大量的实验证明了该方法的准确性和高效性。2.提出了一种以带时序信息的线条作为输入的线条画简化方法。对于当前输入线条,首先根据时序关系和线条间空间信息进行线条的动态聚类;其次对于已得到的线条类,分析线条类间的修复关系,并依据该修复关系完成线条画的进一步简化与合并,更为准确地体现创作者的绘制意图;最后对线条画简化结果进行参数化,得到简化后的线条画。该方法在现有工作空间关系分析基础上,引入了线条的时间关系和修复关系分析,从而实现复杂线条画的简化过程中保留绘画的主要内容。3.设计并开发了一个复杂线条画简化以及矢量化系统。该系统借助上述的方法,自动将栅格输入以及线条输入这两种线条画转化为结构准确、线条简洁的矢量图形。系统界面友好,运行稳定,功能强大。本文工作旨在利用计算机技术自动将复杂的线条画转化为线条简单、结构清晰的矢量图形。通过大量的用户调查证明,本文方法能够在保留创作者表达意图的前提下较好地去除线条画中的干扰信息,有效地减轻线条画创作者的负担,提高线条画创作的效率。因此,本文方法对工业设计和艺术创作具有重要的意义。