基于水墨画和3D模型的艺术风格传递研究

论文摘要

水墨画是东方艺术的典型代表,而目前繁杂的3D水墨动画制作工艺,不利于传统文化的传播,如能利用现有水墨作品,快速制作水墨效果,将打破这一尴尬局面。本文在图像分析处理和非真实感渲染技术的基础上,提出一种基于水墨画和3D模型的艺术风格传递算法,能够快速得到与输入作品风格相似的3D水墨渲染效果。算法包括水墨作品预处理、水墨风格特征分析提取和基于特征的3D水墨渲染三部分。通过深入分析水墨风格差异成因,将水墨对象的风格特征归纳为轮廓特征和内部特征两部分。在作品预处理部分,考虑笔道的块状或细长区域特性,采用“无核”区域生长和区域合并相结合的方法完成图像分割,改进区域合并准则和终止合并准则,得到更符合水墨特点的分割结果,并提高了运算效率;提取水墨对象后,结合对象边界信息和区域形状信息完成轮廓区域和内部区域的分离。在水墨风格特征分析提取部分,对于轮廓和内部细长区域,基于区域中心线提出规则化样本纹理提取方法,记录沿中心线的宽度变化和纹理变化特征;对于内部非细长区域,基于灰度直方图分析提取其墨色比例信息;特征提取的结果在表征输入作品风格特征的同时,又能与基于特征的3D渲染算法良好地结合。基于特征的3D水墨渲染部分,给出了根据特征提取结果和模型表面特征信息生成映射纹理、制定映射规则的具体方法,采用二维纹理映射技术实现3D模型轮廓线和内部特征线的水墨效果渲染,避免了使用虚拟毛笔绘制特征线的复杂性;结合特征分析提取的墨色信息,通过基于直方图分析的墨色映射方法,完成对模型内部区域的渲染,一定程度上反映了输入作品的用墨特点。实验表明,对于简单的水墨作品,本文算法能够有效地将其风格传递给3D模型,得到兼具模型形体特征和作品艺术风格的渲染结果,为重用已有水墨风格进行快速3D渲染提供了新的思路和手段。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 水墨画艺术风格差异成因
• 1.2.1 水墨技法特征与作品风格
• 1.2.2 水墨画笔法及其特征表达
• 1.2.3 水墨画墨法及其特征表达
• 1.2.4 水墨对象的风格组成结构
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 全文结构
• 第二章 国内外相关研究及现状
• 2.1 西画非真实感渲染和2D 水墨效果仿真现状
• 2.1.1 西画非真实感渲染
• 2.1.2 2D 水墨效果仿真
• 2.2 艺术风格学习研究现状
• 2.2.1 基于图像类比和纹理合成的艺术风格学习研究
• 2.2.2 基于样本学习的艺术风格转换研究
• 2.2.3 其他风格转换研究
• 2.3 水墨特征分析提取研究现状
• 2.4 3D 水墨渲染研究现状
• 2.5 综述
• 第三章 水墨作品预处理
• 3.1 图像分割
• 3.1.1 初始分割
• 3.1.2 区域合并
• 3.2 水墨对象提取
• 3.3 对象轮廓和内部分离
• 第四章 水墨风格特征分析提取
• 4.1 轮廓特征分析提取
• 4.1.1 提取区域中心线
• 4.1.2 提取轮廓区域宽度和纹理
• 4.2 内部特征分析提取
• 4.2.1 细长区域特征分析提取
• 4.2.2 非细长区域特征分析提取
• 第五章 基于风格特征的水墨渲染
• 5.1 轮廓渲染
• 5.1.1 轮廓线查找
• 5.1.2 轮廓映射纹理生成
• 5.1.3 轮廓映射规则制定
• 5.1.4 基于二维纹理映射的轮廓绘制
• 5.2 内部渲染
• 5.2.1 基于二维纹理映射的内部特征线渲染
• 5.2.2 内部区域渲染
• 5.3 实验结果
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢