虚拟绘制中颜色仿真与存储方法研究

摘要

虚拟油泥造型(virtual clay modeling，VCM)是一种新的CAD技术，“基于力反馈技术的虚拟油泥造型系统”能够使设计人员在虚拟环境中完成产品外形创新设计，但该系统缺少产品表面装饰功能，因此有必要将虚拟绘制技术引入该系统，在基于虚拟油泥造型技术的产品外形创新设计基础上进一步实现产品表面装饰功能。虚拟绘制技术是计算机技术与绘画艺术结合的产物，自然、逼真地模拟真实绘画作品的艺术效果是虚拟绘制技术的重要目标之一，而颜色仿真是实现模拟真实绘画作品艺术效果的关键，因此进行虚拟绘制中书画颜料、多种颜料调和与多层颜料合成的仿真研究具有重要的意义。
　　课题来源于国家自然科学基金“基于实时力反馈技术的虚拟产品表面三维绘制方法研究”项目(51175058)，主要进行虚拟绘制中颜色仿真和颜色存储方法研究。根据虚拟绘制系统中颜色仿真需求，分析了实际绘画中常用颜料的特性及使用方法，阐述了基于光学的颜料呈色机理，研究了利用散射系数(S)与吸收系数(K)描述不同颜料特性、解决多种颜料混合呈色的颜色光学Kubelka-Munk(K-M)理论，并基于K-M理论，提出了一种虚拟绘制中颜色仿真算法，其主要思想是:根据颜料R/G/B三颜色通道的遮盖力(c)和单位厚度颜料在黑背景下的反射率（Rb）计算得到颜料R/G/B三颜色通道吸收系数(K)和散射系数(S)，根据K、S和衬底反射率(Rg)计算得到任意有效厚度(d)颜料的各颜色通道反射率，并将其换算为颜色亮度值(R，G，B)，从而得到颜色(RGB);在此基础上，提出了一种颜色存储方法，通过存储宣纸上颜色(RGB)实现对绘制结果的实时存取和显示。
　　本文方法已成功应用在基于力反馈技术的虚拟绘制系统中，能较好的仿真植物色与矿物色在颜色合成中的不同特征。