数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法技术

本发明专利技术公开了数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法，数字三维写意水墨山水画建模；皴法纹理采样与合成；水墨山水画的绘制笔刷；斜投影视图空间的创建；基于阿尔法遮罩通道的最终渲染。本发明专利技术的有益效果是对传统写意山水画进行深入了解的基础上进行写意画墨法效果的特征解析，对计算机仿真过程进行程序处理上的分解与整合，进而提供一种计算机程序控制和人工干预相结合的模式，生成数字写意水墨山水画的模型和皴法纹理，设计数字三维水墨山水画的绘制方案，解决数字水墨山水画在三维空间中的构图，完成数字水墨山水画的最终渲染合成，实现水墨山水画的数字化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机制图
，涉及数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法。
技术介绍
数字三维写意水墨山水画的建模、绘制与渲染以数字三维写意水墨山水画作为主要研究对象，在虚拟数字三维空间中，运用三维图形技术强大的表现力来创建动态、高度逼真的三维水墨写意山水形象，通过分析、提取和模拟传统中国水墨画，解决了皴法绘制乃至山石自动生成技术，设计了数字三维水墨山水画的绘制方案，提出了传统中国山水画构图中的“散点透视”法则在数字三维空间中的解决方案，实现了数字山水画中的山石和树木的建模、绘制与渲染问题，展现了传统二维水墨画无法实现的动态三维水墨空间，形成了一整套较为系统和完整的水墨山水画的制作技术。通过数字方式的创作，体现中国山水画美学理论中的南派写意山水画的“意境”美。数字三维写意水墨山水画的建模与渲染方法继承和发展了传统水墨画艺术的审美理论和美学思想，对中国水墨画的变革和发展有着积极的参考价值和推动意义。数字三维写意水墨山水画拓展了计算机的三维艺术表现语言，对三维建模及渲染领域而言，也是一个不小的突破。数字三维写意水墨山水画的创建和渲染技术研究对于引导静态水墨画仿真研究向动态的三维渲染领域进军，丰富图形渲染领域的处理手段，推动计算机仿真技术的发展，促进非真实感渲染技术研究的发展乃至推动计算机图形学的发展都能起到积极作用。数字三维写意水墨山水画的创作技术研究成果在电影艺术、卡通动画制作、非真实感全景巡游、三维虚拟游戏等数字艺术制作领域将有极为广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法，采用的技术方案步骤如下：本专利技术所采用的技术方案是数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：数字三维写意水墨山水画建模；步骤2：皴法纹理采样与合成；步骤3：水墨山水画的绘制笔刷；步骤4：斜投影视图空间的创建；步骤5：基于阿尔法遮罩通道的最终渲染。进一步，所述步骤1的建模方法为基于粒子堆叠的建模、基于程序的综合特征建模；基于粒子堆叠的建模采用粒子沉积算法，使粒子序列下落，模拟它们在一个先前落下的粒子所组成的表面上流动，下落足够数目的粒子将产生看起来像是粘性流体的流动线状结构，在这种粒子沉积和堆叠过程中，粒子在重力、浮力和粘性力的约束下，随机产生的粒子会堆叠成各种千变万化的形状；基于程序的综合特征建模是设计一种关系增长语法RGG和扩展L系统语言XL，RGG是一个在图上的替代字符串的重写系统操作，一个图就是一个结构组成的节点和连接这些节点的弧；基于RGG的扩展L系统综合特征建模是通过编程或撰写脚本语言，把种类众多、纷繁复杂的各种水墨山水画物象内容通过简洁的笔刷和简单的动作方式绘制出来。进一步，所述步骤2方法是初始化记录匹配点位置的数组，设置为输入图像中的随机点，对于输出图像中的每一个象素，按照扫描线顺序计算：(1)在输出图像中，考虑当前点的L-邻域，对邻域中的每个点，根据数组中匹配点的位置，偏移相应位置后，选取该点为待选点，从而形成候选点列表；(2)清除其中重复的待选点；(3)在待选点中选取与输出图像当前点的L-邻域误差最小的点，拷贝到输出图像当前点中，并记录该位置；(4)重复直至获得合成图。进一步，所述步骤3水墨山水画的绘制笔刷是在造型与纹理基础上，采用水墨山水画的绘制笔刷进行山水画的局部绘制，水墨山水画的绘制笔刷步骤如下：笔刷的通用控制参数设定；树木生成笔刷的控制参数设定；山石生成笔刷的控制参数设定；水墨山石与树木绘制的笔刷插件开发；所述笔刷的通用控制参数设定是编写Maya的Mel格式的绘制笔刷，编写Maya的Mel格式的绘制笔刷时，必须考虑在绘制过程中发生的各种可能性，包括笔刷的绘制类型、笔刷宽度大小、绘制对象的初始大小、是否启用光照显示、是否采用纹理；所述树木生成笔刷的控制参数设定是制作树木生成笔刷，树木生成笔刷的控制参数可以分为树干、树枝、小枝、树叶、花、芽6个树器官模块；所述山石生成笔刷的控制参数设定首先定义粒子笔划“tubes”的启用、绘制笔划的长度和宽度，然后再设定粒子“Tubes”的软度、密度、边缘的淡入或淡出，并且根据水墨山石的皴法特征，选用合适的合成纹理；所述水墨山石与树木绘制的笔刷插件开发是开发水墨山石树木笔刷插件；Maya的Mel笔刷编程时需要了解的山石、树木等各种程序控制参数，这些参数都包含在一个称之为“PaintEffects”的笔刷容器里，尚未使用或暂时不需要使用的控制参数就用布尔值0进行关闭，需要使用的才用布尔值1打开，根据水墨山水画的各种山石、树木的造型和渲染效果需要，把具备某种水墨效果特征的山石或树木进行单独“打包”，形成一个个水墨画笔刷插件，这些笔刷插件发布以后就可以在虚拟数字三维空间进行自由绘制、创作，绘制时，这些笔刷能根据创作者的需要进行单独使用或组合使用。进一步，所述步骤4斜投影视图空间的创建，是在数字化虚拟三维空间，采用斜投影视图空间来完全模拟传统山水画的“三远”法构图和灵活处理山水画的空间透视关系。进一步，所述步骤5基于阿尔法遮罩通道的最终渲染，根据数字山石画写意效果的需要，渲染合成完整的写意山水画效果图，包括阿尔法遮罩通道的获取和定义、写意水墨山石的合成；阿尔法遮罩通道的获取和定义是根据数字山石画写意效果的需要，通过定义粒子堆叠模型的中的粒子密度、软硬程度和融合程度，然后得到一张与山石基本外观形状相吻合的阿尔法遮罩通道图像，在遮罩通道图像参与纹理和模型合成贴图的渲染过程，为了使皴法纹理和山石的外观形状能达到更好的契合，即产生一种水墨和皴法共同结合、交相辉映的效果，或者有的地方只显示淡墨而没有皴法线条，有的地方只显示皴法线条而没有淡墨，对阿尔法遮罩通道中的墨、白、灰层次重新定义和设置阀值，在区块灰度值60<RGB<255之间设置皴法纹理显示度的权重值，其中，RGB的灰度值在60以下的定义为不显示纹理，最黑区块即RGB为0，0，0的纯黑色的皴法纹理显示度为0％，最白区块即RGB为255，255，255的纯白色的皴法纹理显示度为100％；写意水墨山石的合成步骤是在Maya内部的三维渲染引擎中，输入合成的皴法纹理图像，并定义粒子堆叠的山石模型渲染指标，系统自动生成具有阿尔法通道的遮罩图像，最后渲染合成完整的写意山水画效果图。本专利技术的有益效果是对传统写意山水画进行深入了解的基础上进行写意画墨法效果的特征解析，对计算机仿真过程进行程本文档来自技高网...

【技术保护点】
数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：数字三维写意水墨山水画建模；步骤2：皴法纹理采样与合成；步骤3：水墨山水画的绘制笔刷；步骤4：斜投影视图空间的创建；步骤5：基于阿尔法遮罩通道的最终渲染。

【技术特征摘要】
1.数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法，其特征在于按照以下步骤进行：
步骤1：数字三维写意水墨山水画建模；
步骤2：皴法纹理采样与合成；
步骤3：水墨山水画的绘制笔刷；
步骤4：斜投影视图空间的创建；
步骤5：基于阿尔法遮罩通道的最终渲染。
2.按照权利要求1所述数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法，其特征在于：
所述步骤1的建模方法为基于粒子堆叠的建模、基于程序的综合特征建模；
基于粒子堆叠的建模采用粒子沉积算法，使粒子序列下落，模拟它们在一个先前落下
的粒子所组成的表面上流动，下落足够数目的粒子将产生看起来像是粘性流体的流动线状
结构，在这种粒子沉积和堆叠过程中，粒子在重力、浮力和粘性力的约束下，随机产生的粒
子会堆叠成各种千变万化的形状；
基于程序的综合特征建模是设计一种关系增长语法RGG和扩展L系统语言XL，RGG是一
个在图上的替代字符串的重写系统操作，一个图就是一个结构组成的节点和连接这些节点
的弧；基于RGG的扩展L系统综合特征建模是通过编程或撰写脚本语言，把种类众多、纷繁复
杂的各种水墨山水画物象内容通过简洁的笔刷和简单的动作方式绘制出来。
3.按照权利要求1所述数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法，其特征在于：
所述步骤2方法是初始化记录匹配点位置的数组，设置为输入图像中的随机点，对于输出图
像中的每一个象素，按照扫描线顺序计算：(1)在输出图像中，考虑当前点的L-邻域，对邻域
中的每个点，根据数组中匹配点的位置，偏移相应位置后，选取该点为待选点，从而形成候
选点列表；(2)清除其中重复的待选点；(3)在待选点中选取与输出图像当前点的L-邻域误
差最小的点，拷贝到输出图像当前点中，并记录该位置；(4)重复直至获得合成图。
4.按照权利要求1所述数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法，其特征在于：
所述步骤3水墨山水画的绘制笔刷是在造型与纹理基础上，采用水墨山水画的绘制笔刷进
行山水画的局部绘制，水墨山水画的绘制笔刷步骤如下：笔刷的通用控制参数设定；树木生
成笔刷的控制参数设定；山石生成笔刷的控制参数设定；水墨山石与树木绘制的笔刷插件
开发；
所述笔刷的通用控制参数设定是编写Maya的Mel格式的绘制笔刷，编写Maya的Mel格式
的绘制笔刷时，必须考虑在绘制过程中发生的各种可能性，包括笔刷的绘制类型、笔刷宽度
大小、绘制对象的初始大小、是否启用光照显示、是否采用纹理；
所述树木生成笔刷的控制参数设定是制作树木生成笔刷，树木生成笔刷的控制参数可
以分为树干、树枝、小枝、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勋祥，邱国鹏，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33