3D山水画水墨线条的实时渲染研究

论文摘要

随着计算机图形学领域研究的不断发展,各种渲染技术和水墨画仿真渲染方法不断出现。在这些技术方法的基础上,本文针对山水风格的三维渲染进行研究,取得了实时有效、自然合理的渲染效果。本文针对山水技法和特征进行归纳和总结,得到能够在三维仿真渲染中应用的特征信息。根据这些特征信息,将研究内容分为三维特征线的生成和基于纹理映射的多层渲染两部分。根据山水画具有的技法和风格,本文将三维特征线分为动态特征线和静态特征线,并利用微分几何等知识生成特征线。在动态特征线方面,提取传统的三维轮廓线和能够与轮廓线紧密配合的启发式轮廓线作为特征线,这两类特征线计算速度适中,能够实时有效的表示三维山体模型的动态特征,并且能够利用距离来设置启发式轮廓线的生成范围；在静态特征线方面,利用最大主曲率以及所在主方向构造静态特征线,用来表示实际山峦存在的沟壑。在动态渲染中,静态特征线表示山水画中特有的内部线条特征。本文采用扩展的卡通渲染技术XToon,使用改进的纹理和多层渲染机制,对两种特征线进行不同方式的纹理映射处理。由于动态特征线实时改变,本文采用两步二维纹理映射,依据视线向量和三维模型几何特征构建纹理映射坐标,保证动态特征渲染的连续稳定；在静态特征线渲染方面,依据山体模型的固定几何特征计算线条的宽度信息和基本映射关系,并在渲染时对纹理映射做动态调整,保证渲染效果的生动自然。实验表明,本文算法实现了三维山体模型的实时渲染,帧内特征线分布均匀,特征线渲染具有“形断意不断”等技法特征,帧间特征线渲染连续合理,基本符合山水画动态实时渲染的特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究内容
• 1.3 创新点
• 1.4 本文安排
• 第二章 山水画风格总结及相关研究现状
• 2.1 山水画介绍
• 2.1.1 水墨画笔法和墨法
• 2.1.2 山水画绘画流程和主要技法
• 2.1.3 山水画特征分析和总结
• 2.2 国内外相关研究现状
• 2.2.1 三维物体或场景的渲染
• 2.2.2 光照和纹理技术的研究
• 2.2.3 特征线的提取
• 2.2.4 水墨画风格仿真技术研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 三维山体模型表面特征线的提取和构造
• 3.1 光滑曲线曲面的微分几何特征
• 3.1.1 一维曲线特征
• 3.1.2 二维曲面特征
• 3.2 网格模型几何特征的估算
• 3.2.1 顶点法向量计算
• 3.2.2 顶点曲率计算
• 3.3 传统特征线工作介绍
• 3.3.1 传统特征线分类
• 3.3.2 特征线段提取方法
• 3.4 三维山体模型的特征处理
• 3.4.1 动态特征线的提取
• 3.4.2 静态特征线的构造
• 3.5 本章小结
• 第四章 山水画风格仿真渲染
• 4.1 多层渲染器算法
• 4.2 纹理映射的渲染方法
• 4.3 动态特征实时渲染
• 4.4 静态特征实时渲染
• 4.4.1 静态特征线参数设置
• 4.4.2 动态渲染
• 4.5 特征线显示的疏密和颜色控制
• 4.6 算法的实现和改进
• 4.7 本章小结
• 第五章 实验结果,结论与展望
• 5.1 实验结果
• 5.2 全文总结
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢