具有沉浸感的毛笔书写行为实时仿真
发布时间：2021-02-01 00:04
提出一种毛笔书写行为的实时仿真技术.在毛笔的几何外形方面,采用了骨骼蒙皮的建模方式,并提出一种骨骼旋转参数的快速算法,从而实现了笔头在运动过程中的弯曲和扭转两种变形效果;在水墨效果方面,采用了基于粒子系统的墨水扩散模型,能够灵活地控制墨迹在纸面上的浸染效果.基于上述技术,使用头戴显示器和力反馈设备,实现了一个毛笔书写仿真系统,具有很好的实时性和沉浸感.
【文章来源】：北京理工大学学报. 2019,39(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１利用骨骼蒙皮构建的毛笔几何模型Ｆｉｇ．１Ｂｒｕｓｈｇｅｏｍｅｔｒｙｍｏｄｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｉｔｈｓｋｉｎｎｅｄｍｅｓｈ
何模型．如图１所示，笔头部分由近似于“倒圆锥形”的多边形网格和骨骼链两部分构成．骨骼链由一系列等长的骨骼首尾连接而成．多边形网格上的每个顶点会受到最临近骨骼的影响；在靠近两个骨骼的连接处，多边形网格上的顶点会同时受到这２个骨骼的影响．所有的影响权重都是固定的，所以可以事先在建模软件中设置好．图１利用骨骼蒙皮构建的毛笔几何模型Ｆｉｇ．１Ｂｒｕｓｈｇｅｏｍｅｔｒｙｍｏｄｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｉｔｈｓｋｉｎｎｅｄｍｅｓｈ如图２所示，在三维空间中每个骨骼都有自己的局部坐标系，局部坐标系的原点就是它的旋转轴点；骨骼之间存在着父子关系，即：Ｎｉ是Ｎｉ＋１的父对象．这样，当对任意骨骼进行旋转时，都会对它的子对象产生影响；但对子对象的操作不会影响它的父对象．图２骨骼的层级关系Ｆｉｇ．２Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｓｋｅｌｅｔｏｎｕｎｉｔｓ本文中，毛笔模型由３ｄｓＭＡＸ软件建模完成．外观上，该模型接近于真实毛笔，增加了书写体验的真实感；变形模拟上，实时控制“骨骼链”的旋转，根据影响权重带动“多边形网格”运动，从而快速模拟出毛笔书写过程中的变形效果，保证了仿真的实时性．２毛笔的行为模拟在书写过程中，笔头主要存在弯曲和扭转两种变形．下面逐一说明这两种变形．２．１弯曲变形在书写过程中，笔头首先发生弯曲变形．由于本文利用骨骼链来控制笔头的变形，所以只需为每个骨骼Ｎｉ确定弯曲的轴向量Ｂｉ，以及弯曲的角度
，实时控制“骨骼链”的旋转，根据影响权重带动“多边形网格”运动，从而快速模拟出毛笔书写过程中的变形效果，保证了仿真的实时性．２毛笔的行为模拟在书写过程中，笔头主要存在弯曲和扭转两种变形．下面逐一说明这两种变形．２．１弯曲变形在书写过程中，笔头首先发生弯曲变形．由于本文利用骨骼链来控制笔头的变形，所以只需为每个骨骼Ｎｉ确定弯曲的轴向量Ｂｉ，以及弯曲的角度αｉ即可．以下首先确定轴向量Ｂｉ．图３分别表示笔头发生弯曲时的侧视图和俯视图．可见，骨骼Ｎｉ的弯曲轴点为自身局部坐标系原点．它的弯曲轴向量Ｂｉ始终与竖直方向垂直，即与世界坐标系的Ｚ轴垂直．此外根据常识可图３笔头的弯曲变形（Ｂｉ是骨骼Ｎｉ的弯曲轴向量）Ｆｉｇ．３Ｂｅｎｄｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｂｒｕｓｈｐｅｎ（Ｂｉｉｓｔｈｅｂｅｎ－ｄｉｎｇａｘｉａｌｖｅｃｔｏｒｏｆｓｋｅｌｅｔｏｎＮｉ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用力反馈技术的毛笔建模[J]. 郭超,侯增选,杨广卿,郑栓柱. 浙江大学学报(工学版). 2017(09)
[2]基于力反馈技术的毛笔笔道仿真[J]. 杨广卿,侯增选,郭超,郑栓柱. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(05)
[3]基于笔纸墨物理属性的毛笔书法仿真[J]. 陈海强,罗健飞,温国华,吴仲城. 计算机辅助设计与图形学学报. 2012(09)
[4]基于经验的虚拟毛笔模型[J]. 宓晓峰,唐敏,林建贞,董金祥. 计算机研究与发展. 2003(08)
[5]基于粒子系统的中国水墨画仿真算法[J]. 石永鑫,孙济洲,张海江,贾文丽. 计算机辅助设计与图形学学报. 2003(06)
硕士论文
[1]中国水墨画仿真中毛笔模型的研究与设计[D]. 孙美君.天津大学 2005
本文编号：3011811
【文章来源】：北京理工大学学报. 2019,39(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１利用骨骼蒙皮构建的毛笔几何模型Ｆｉｇ．１Ｂｒｕｓｈｇｅｏｍｅｔｒｙｍｏｄｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｉｔｈｓｋｉｎｎｅｄｍｅｓｈ
何模型．如图１所示，笔头部分由近似于“倒圆锥形”的多边形网格和骨骼链两部分构成．骨骼链由一系列等长的骨骼首尾连接而成．多边形网格上的每个顶点会受到最临近骨骼的影响；在靠近两个骨骼的连接处，多边形网格上的顶点会同时受到这２个骨骼的影响．所有的影响权重都是固定的，所以可以事先在建模软件中设置好．图１利用骨骼蒙皮构建的毛笔几何模型Ｆｉｇ．１Ｂｒｕｓｈｇｅｏｍｅｔｒｙｍｏｄｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｉｔｈｓｋｉｎｎｅｄｍｅｓｈ如图２所示，在三维空间中每个骨骼都有自己的局部坐标系，局部坐标系的原点就是它的旋转轴点；骨骼之间存在着父子关系，即：Ｎｉ是Ｎｉ＋１的父对象．这样，当对任意骨骼进行旋转时，都会对它的子对象产生影响；但对子对象的操作不会影响它的父对象．图２骨骼的层级关系Ｆｉｇ．２Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｓｋｅｌｅｔｏｎｕｎｉｔｓ本文中，毛笔模型由３ｄｓＭＡＸ软件建模完成．外观上，该模型接近于真实毛笔，增加了书写体验的真实感；变形模拟上，实时控制“骨骼链”的旋转，根据影响权重带动“多边形网格”运动，从而快速模拟出毛笔书写过程中的变形效果，保证了仿真的实时性．２毛笔的行为模拟在书写过程中，笔头主要存在弯曲和扭转两种变形．下面逐一说明这两种变形．２．１弯曲变形在书写过程中，笔头首先发生弯曲变形．由于本文利用骨骼链来控制笔头的变形，所以只需为每个骨骼Ｎｉ确定弯曲的轴向量Ｂｉ，以及弯曲的角度
，实时控制“骨骼链”的旋转，根据影响权重带动“多边形网格”运动，从而快速模拟出毛笔书写过程中的变形效果，保证了仿真的实时性．２毛笔的行为模拟在书写过程中，笔头主要存在弯曲和扭转两种变形．下面逐一说明这两种变形．２．１弯曲变形在书写过程中，笔头首先发生弯曲变形．由于本文利用骨骼链来控制笔头的变形，所以只需为每个骨骼Ｎｉ确定弯曲的轴向量Ｂｉ，以及弯曲的角度αｉ即可．以下首先确定轴向量Ｂｉ．图３分别表示笔头发生弯曲时的侧视图和俯视图．可见，骨骼Ｎｉ的弯曲轴点为自身局部坐标系原点．它的弯曲轴向量Ｂｉ始终与竖直方向垂直，即与世界坐标系的Ｚ轴垂直．此外根据常识可图３笔头的弯曲变形（Ｂｉ是骨骼Ｎｉ的弯曲轴向量）Ｆｉｇ．３Ｂｅｎｄｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｂｒｕｓｈｐｅｎ（Ｂｉｉｓｔｈｅｂｅｎ－ｄｉｎｇａｘｉａｌｖｅｃｔｏｒｏｆｓｋｅｌｅｔｏｎＮｉ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用力反馈技术的毛笔建模[J]. 郭超,侯增选,杨广卿,郑栓柱. 浙江大学学报(工学版). 2017(09)
[2]基于力反馈技术的毛笔笔道仿真[J]. 杨广卿,侯增选,郭超,郑栓柱. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(05)
[3]基于笔纸墨物理属性的毛笔书法仿真[J]. 陈海强,罗健飞,温国华,吴仲城. 计算机辅助设计与图形学学报. 2012(09)
[4]基于经验的虚拟毛笔模型[J]. 宓晓峰,唐敏,林建贞,董金祥. 计算机研究与发展. 2003(08)
[5]基于粒子系统的中国水墨画仿真算法[J]. 石永鑫,孙济洲,张海江,贾文丽. 计算机辅助设计与图形学学报. 2003(06)
硕士论文
[1]中国水墨画仿真中毛笔模型的研究与设计[D]. 孙美君.天津大学 2005
本文编号：3011811
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