时序连贯的三维水墨风格渲染算法研究

发布时间：2017-03-31 09:48

  本文关键词：时序连贯的三维水墨风格渲染算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水墨画作为中国的国粹具有独特的美学特征,体现了东方文化中含蓄的审美观念。随着个人计算机的普及与高性能民用图形处理器的出现,将真实感三维渲染图像转换成具有中国水墨风格图像的硬件条件已经具备,而渲染方法却有待研究,并成为非真实感渲染研究领域的热点问题。本文以使用民用低成本计算机实时渲染具有水墨风格的三维图像为目的,对墨液与纸张进行了电子化建模,并基于渗流力学原理提出了一种模拟墨液在纸张中扩散的方法。在该建模基础上,本文提出了一种时序连贯(Temporal Coherence)的实时三维水墨风格渲染方法。与之前研究工作相比,本文提出的纸墨模型具有模拟收敛速度快,运算量相对较小的特点。对于实时水墨渲染,本文提出的时序连贯方法能够改善使用传统方法模拟得到的结果中由于时序跳跃(Temporal Inconsistency)产生的画面不连续问题,从而得到更为连贯,水墨晕染风格更为明显的渲染画面。本文研究工作包含以下内容:提出了一套基于多孔介质(Porous Media)与毛细渗流力学(Capillary Mechanism)的电子纸墨模型。基于此模型,本文给出了宣纸以及不同浓度的墨液在该模型下的数学描述及属性定义。提出了一种模拟墨液在宣纸中扩散的方法。该方法以渗流力学的中的达西定理(Darcy`s Law)作为动力学方程,以质量守恒定理作为约束方程。提出了一种基于时序连贯思路的实时三维水墨风格渲染方法。该方法通过持续向虚拟画布表面添加、移除墨液的操作,渲染实时水墨风格的三维图像。本文提出了将真实感三维渲染转换为墨液信息的转换方法,并提出了与之配套使用的基于培林噪声(Perlin Noise)的墨液移除算法。同时,本文基于该方法实现了一套基于GPU与Compute Shader的水墨动画渲染程序,并使用该程序对本文方法进行了验证。
【关键词】：非真实感渲染 水墨 多孔介质 渗流 时序连贯
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：J212;TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 论文研究背景与意义9-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 有关水墨扩散及水墨渲染12-13
• 1.2.2 有关时序连贯思路在非真实感渲染及其他领域的研究13-14
• 1.3 本文研究内容14-15
• 1.4 本文组织结构15-17
• 第2章 基于渗流力学的纸墨扩散模型研究17-37
• 2.1 水墨画画材与绘制过程分析17-20
• 2.1.1 水墨画创作中使用的画材17-19
• 2.1.2 水墨画的视觉特征及创作过程简介19-20
• 2.2 渗流力学与纸墨模型20-27
• 2.2.1 渗流力学与多孔介质概念简介20-21
• 2.2.2 渗流液体的相关属性21-23
• 2.2.3 渗流力学中的达西定理与毛细管动力方程23-25
• 2.2.4 使用渗流力学对纸墨模型的合理性25-27
• 2.3 基于渗流力学的纸墨扩散模型27-36
• 2.3.1 纸墨扩散模型的概念及相关假设27-28
• 2.3.2 墨液的定义及建模28-29
• 2.3.3 纸张的定义及建模29-31
• 2.3.4 模拟步骤与动力学方程31-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 渗流纸墨模型的实现及模拟实验37-57
• 3.1 实验目的及模拟实验环境37-38
• 3.1.1 实验评价标准37-38
• 3.1.2 实验平台的相关情况38
• 3.2 确定纸张及墨液属性的方法38-43
• 3.2.1 纸张尺寸及漫反射值的确定方法38-39
• 3.2.2 纸张孔隙度的确定方法39-41
• 3.2.3 墨液表面张力及接触角的测定41-43
• 3.2.4 墨液炭烟的质量及吸光度的测定及拟合43
• 3.3 模拟步骤的实现方法及讨论43-51
• 3.3.1 表示渗流系统的数据结构和方法43-45
• 3.3.2 模拟程序与步骤流程45-46
• 3.3.3 纸面加墨及墨液渗透模拟46-47
• 3.3.4 纸内渗流过程的模拟47-50
• 3.3.5 蒸发过程模拟50-51
• 3.4 模拟对比试验及结果讨论51-55
• 3.4.1 实验内容及设计51-52
• 3.4.2 实验结果及分析52-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第4章 时序连贯水墨风格实时渲染方法57-75
• 4.1 水墨渲染与时序连贯思路的结合方法57-61
• 4.1.1 传统水墨动画制作方法57
• 4.1.2 时序连贯水墨动画渲染方法的构思与目标57-58
• 4.1.3 对于传统方法的改进思路58-61
• 4.1.4 水墨动画渲染与时序连贯思路的结合方法61
• 4.2 渲染方法步骤61-69
• 4.2.1 渲染方法步骤与相关输入输出61-62
• 4.2.2 屏幕空间速度场的渲染方法62-63
• 4.2.3 绘制画面所用墨液浓度的确定方法63-65
• 4.2.4 时序连贯墨液绘制方法65-67
• 4.2.5 带噪墨液移除方法67-68
• 4.2.6 画面墨液扩散与视觉渲染输出68-69
• 4.3 方法实现与效果分析69-74
• 4.3.1 实现环境与步骤69-71
• 4.3.2 本文水墨动画渲染方法的结果分析71-74
• 4.4 本章小结74-75
• 结论75-77
• 参考文献77-81
• 附录81-107
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果107-109
• 致谢109

  本文关键词：时序连贯的三维水墨风格渲染算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：279419