云南重彩画艺术风格的数字模拟和合成技术制造技术

本发明专利技术涉及计算机图形学中非真实感绘制，特别是一种云南重彩画的艺术风格的数字模拟与合成，属非真实感图形绘制技术领域。其特征包括云南重彩画基本图形元素库的建立和管理模块，基于图形元素库的云南重彩画白描图绘制模块和基于云南重彩画白描图的着色渲染模块。基本图形元素库用来提供前景白描图绘制所需的图形元素，如头发、脸型、躯干等。云南重彩画白描图绘制模块可以从图形元素库中挑选合适的图形元素进行分图层组合而产生云南重彩画白描图。为了让各个图形元素协调搭配，系统提供对图形元素的各种操作，如平移、选择、缩放等，同时还可以对图形元素的形状进行修改。基于云南重彩画白描图的着色渲染模块负责对白描图着色，着色效果能够反映出重彩画原图中的纹理特征和颜色特征，另外还实现一些云南重彩画特有的特征模拟，如人物边缘空心感、背景融合等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机图形学中非真实感绘制，特别是一种云南重彩画的艺术风格的 数字模拟和合成，属非真实感图形绘制

技术介绍
随着非真实感图形绘制技术研究的不断深化，国内外对各种艺术风格的数字化模 拟做了很多尝试，其中对西方绘画风格的数字化模拟研究较多，如油画、水粉画、钢笔画、铅 笔画的数字化模拟。对具有中国艺术风格的数字模拟的研究开展的还不多，国内主要有浙 江大学、天津大学、微软亚洲研究院等不多的机构开展过中国山水画、书法、剪纸等中国传 统艺术风格数字模拟的研究。(1)中国山水画的风格化绘制用计算机手段进行中国山水画数字模拟已有很多 文献报道。Strassmarm提出模拟水墨画的毛笔模型，Kunii等人和Zhang等人提出了墨水 扩散效果模型，Lee提出了一个墨水与宣纸融合的模型，Way等人等通过将具有国画风格的 线条纹理用于岩石和树木的绘制渲染方面，从而能够得到具有国画风格的绘制景观。Zhang 等在GPU上实现了一个对3D山峦模型进行实时水墨效果绘制的系统，Sun等提出了以纹理 合成为基础的山水画系统仿真绘制算法，该算法首先勾勒出山石轮廓，再用纹理合成对轮 廓内部加以渲染填充。(2)中国书法的计算机模拟书法是汉字的书写艺术，是我国传统艺术的瑰宝。近 年来，很多研究者对书法的计算机模拟进行了研究，主要集中在虚拟毛笔模型和墨在宣纸 上扩散效果的实时绘制研究。虚拟毛笔的研究已经有多位研究者提出数十种虚拟毛笔模 型，王钲旋等开发了一个计算机书法系统，利用样条曲线插值采样的方法控制笔刷速度和 墨量；于金辉等用散点集合模拟毛笔的笔触，形成不同的笔触效果；Wong等以椭圆作为笔 触模型，模拟了不同笔触效果。墨扩散模拟方面的研究，Guo等构造纤维网格宣纸模型，模 拟了墨扩散效果；Huang等综合考虑了多种影响因素，离散模拟水墨和纸纤维之间的交互； 石永鑫等以伪布朗运动模拟水墨粒子的运动状态。Nelson等人创建了一个自然地个性化的 数字书法系统，能够绘制高分辨率的、真实的、具有美感的东方字体，同时还能对3D物体进 行东方风格的绘制。Xu等人在他们的论文中提出了一个新颖的智能系统，从已有的书法风 格作品中抽取训练样本对系统进行训练，采用基于约束的类比推理方法自动生成具有美感 的中国书法绘画。(3)中国剪纸的计算机模拟剪纸是我国历史悠久的传统民间艺术之一，主要通 过镂空而形成颜色对比和物体连接来刻画形象。张显全等人在二维平面上实现了计算机辅 助生成剪纸形象。他们首先对剪纸图案做分析，将图案划分成不同的细节区域，然后针对每 个区域研究如何构造参数控制的样条曲线表示，最后将这些区域组合起来得到最后的剪纸 图案。Peng等人用图像方法完成了一个生成剪纸的CAD系统。作者通过交互式接口将剪纸 图案分解成不同的基本单元图案，并存放在剪纸图案数据库中。构造新的剪纸图案的时候， 只需要从数据库中选取或由用户提供一个轮廓信息，然后从剪纸数据库中选择不同的剪纸图案，将这些图案按照一定的顺序进行组合，以得到新的剪纸图案。Liu等人采用图像处理 的方法对中国传统的对称剪纸图案进行模拟。李岩提出了三维剪纸图形这一艺术形式并完 成了一个三维剪纸图形的编辑系统。三维剪纸图形是用二维剪纸图案装饰的具备二维剪纸 特征的三维几何模型，其建模是指用参数控制的矢量几何图案来表示剪纸特征图案，并通 过网格模型的表面编辑方法解决二维剪纸图案在三维网格模型表面映射问题。Xu等人通过 多层阈值处理方法从图片中设计出剪纸图案，进行轮廓增强突出效果，并结合简单的几何 图形和传统中国剪纸纹样进行剪纸图案的合成，通过布尔操作将这些图形元素合并在一起 并保证相互连通，他们提出的方法适合于计算机外部设备的剪纸生产。(4)中国京剧脸谱的数字模拟和合成蔡飞龙等人提出一个京剧脸谱的分析与合 成系统。首先分析手工绘制京剧脸谱的结构以及构成脸谱的纹样，包括眉纹、眼窝纹、嘴角 纹等，并用Bezier曲线构造出它们的矢量化纹样库。接着在合成脸谱阶段，可根据创作需 要对各个纹样按层进行组合得到新的京剧脸谱图案。该系统还提供一系列变形工具供用户 对脸谱纹样进行编辑修改，包括直接调控纹样形状、同类独立纹样之间变形，以及不同层纹 样形状的关联调控，从而生成更多的、富有变化的京剧脸谱图案。与手工绘制京剧脸谱相 比，该系统可以用更灵活多变的方式，简单快捷地生成各种复杂的京剧脸谱。综上所述，随着科学文化技术和经济的不断发展，非真实感绘制技术的研究越来 越多的受到各国学者的关注，研究对象非常广泛，研究成果的应用涉及到数字娱乐、影视制 作等多方面，对国民经济的贡献越来越大。云南重彩画是上世纪80年代初由丁绍光、刘绍荟、蒋铁峰等一批云南画家研创 的。画作融合了东西方古典艺术和现代艺术的特色，色彩瑰丽，线条充满了音乐的旋律，构 图饱满、造型严谨、肌理新颖和谐、笔墨色彩厚重，具有较强的美感和装饰性，具有极强的透 视感。内容大多反映云南优美的自然风光、少数民族风情和历史文化，具有浓郁的民族地方 特色，该画派在国内外享有盛名。云南重彩画作为在国内外享有盛誉的画派，其装饰性和审美性非常值得开展风格 化研究。但到目前为止，除云南大学外还没有其他机构对其展开系统研究，云南重彩画艺术 风格的数字化模拟和合成研究还没有见到报道。因此本专利技术对该流派展开研究，使其成为 当前非真实感绘制技术研究的重要补充。
技术实现思路
本专利技术的目的在于专利技术一种云南重彩画艺术风格的数字模拟和合成技术，设计并 实现云南重彩画非真实感绘制系统，为用户提供一个方便、易于操作的用户接口，让用户自 己创作云南重彩画，实现重彩画仿真绘制工作。本专利技术系统主要由三个模块构成云南重彩画基本图形元素库的建立和管理模 块，基于图形元素库的云南重彩画白描图绘制模块和基于云南重彩画白描图的着色渲染模 块。基本图形元素库用来提供前景白描图绘制的元素，如头发、脸型、躯干等。云南重彩画 白描图绘制模块可以从图形元素库中挑选合适的图形元素进行组合而生产云南重彩画白 描图。为了让各个图形元素协调搭配，系统提供对图形元素的基本操作，如平移、选择、缩放 等，同时还可以对图形元素的形状进行修改。基于云南重彩画白描图的着色渲染模块负责 对白描图着色，着色效果能够体现出重彩画原图中的纹理特征和颜色特征，另外还实现了一些云南重彩画特有的特征模拟，如人物边缘空心感、背景融合等。(一 )云南重彩画图形元素的提取和图形元素库的管理模块我们通过观察大量的云南重彩画，发现云南重彩画具有线条画特点。由于其中的 人物与真实世界中的人物在形体上差距很大，具有独特的造型特征，直接从真实照片中的 人物得到具有重彩画原图特点的人物具有一定的困难，我们通过提取重彩画原图中的一些 基本图形元素，将其进行调整运用于人物造型中，以达到模仿重彩画线条画性质的效果。我们设计了图形元素提取模块来实现对云南重彩画图形元素的收集。通过在重彩 画原图中添加控制点进行插值描边的方式收集重彩画原图中的基本图形元素，如人脸部轮 廓，头发线条等，并将这些图形元素存储到图形元素库中进行分级分类别管理。这一模块中主要采用的技术手段有(1)基数样条曲线拟合我们采用基数样条曲线拟合的方法对控制点进行曲线拟合。基数样条曲线由满足 C连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
云南重彩画艺术风格的数字模拟和合成技术，其特征在于它的绘制过程是：从云南重彩画作品中提取能反映该画派特征的各种图形元素并保存制作为基本图形元素库，然后使用基本图形元素库中的图形元素，进行自由组合或拼接或绘制或修改编辑，得到云南重彩画白描图合成图，再进一步对云南重彩画白描图进行肌肤纹理、服饰纹理渲染，且对渲染后的效果图进行轮廓增强、背景融合及色彩传递操作，最后获得一幅数字模拟合成的云南重彩画。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：普园媛，苏迤，魏小敏，徐丹，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]