基于图形硬件加速的国画场景绘制

论文摘要

非真实感绘制（Non-Photorealistic Rendering, NPR）是计算机技术和绘画艺术相结合的一个研究领域，其主要内容是用计算机软硬件手段来模拟具有不同风格效果的画面和动画。近年来，随着计算机技术的不断进步，计算机生成风格画的方法越来越多，但大多数模拟中国画效果的系统主要通过软件在CPU中计算实现，对于复杂场景的绘制很难达到实时。 本文提出一个基于硬件加速的中国画效果绘制系统，它可以实时绘制中国山水画中常见物体如山峦、树木、云海和瀑布等并生成视频输出。系统主要包括五个模块：采用多通道技术和新型国画山光照模型的山峦绘制模块、基于Billboard技术的树木绘制模块、基于Displacement mapping的云层运动模拟、基于纹理运动的瀑布绘制模块和实时视频输出模块。前面四个模块充分利用可编程图形硬件的特性来控制GPU（Graphics Processing Unit）的流水线，对任意三维场景可实时生成中国山水画的效果，并通过视频输出模块生成动画。 系统输入设计好的场景模型，用户可根据需要选择相关模块进行实时绘制即可获得3D国画效果的画面。绘制时允许用户交互控制实时绘制的场景，如位移，旋转以及zooming等，也可以在场景中设定相机路径，实现场景漫游。系统在风格动画制作、游戏、多媒体以及广告等领域有广泛应用前景。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 非真实感绘制技术的发展历史
• 1.3 非真实感研究的意义
• 1.4 本文的研究目标
• 1.5 本文的篇章结构
• 第二章 非真实感绘制系统概要
• 2.1 引言
• 2.2 非真实感绘制系统
• 2.2.1 非真实感绘制系统的描述
• 2.2.2 非真实感绘制系统的分类
• 2.2.3 非真实感绘制系统的评估
• 2.3 本文的绘制系统
• 第三章 风格画计算机模拟技术
• 3.1 引言
• 3.2 风格画模拟技术
• 3.2.1 使用细胞自动机来模拟水彩画
• 3.2.2 线条画的模拟
• 3.3 风格画模拟技术的总结
• 3.4 硬件加速与非真实感绘制技术
• 3.4.1 可编程图形硬件
• 3.4.2 可编程图形卡渲染语言
• 3.5 本文系统的硬件支持和开发平台
• 第四章 基于硬件加速国画场景绘制
• 4.1 引言
• 4.2 系统框架
• 第五章 山峦、树木、云海和瀑布绘制
• 5.1 国画山峦绘制
• 5.1.1 轮廓线绘制
• 5.1.2 国画山光照模型
• 5.1.3 单体国画山纹理绘制
• 5.1.4 场景国画山绘制
• 5.2 树木绘制
• 5.2.1 近处树的绘制
• 5.2.2 远处树绘制
• 5.3 云海绘制
• 5.4 瀑布绘制
• 5.5 系统界面与操作
• 5.6 系统实验结果
• 5.7 小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 系统不足和工作展望
• 参考文献
• 附录：在读期间发表论文与科研情况
• 致谢