基于GPU和粒子系统的水墨效果研究与实现

摘要

书法与水墨画是中国最具代表性的传统文化，其特有的水墨表现方式和抽象写意性与西方的绘画有很大不同。随着近代计算机技术的不断发展，水墨艺术的数字实现是计算机科学与技术与中国传统文化相结合的新的研究领域，无论在技术还是在传统文化的继承与发展方面都有重大意义和影响。 本文对书法及水墨画做了简单的介绍，涉及到笔、墨、纸三要素在水墨作品创作中的作用和相互之间的关系。水墨渲染是非真实感(NPR)的一个分支，文中对非真实感的研究状况及实现技术也进行了详细的介绍。并对水墨仿真的研究成果作了详细的分析与讲解，在以往学者研究成果的基础上，本论文提出了一套基于GPU和粒子系统的水墨仿真系统。粒子系统模拟不贵则物体的特性为水墨效果的实现提供了可行性，同时，GPU和可编程流水线的应用避免了纯粹用软件来实现水墨效果的弊端(如：实时性差、效率不高、特效实现困难，局限性大等)。同时文中运用分形技术对水墨渲染的轮廓进行处理，并通过设置相应的虚拟宣纸模型和系统参数来达到最佳的效果。本实验借助于DirectX9.0来实现水墨效果的渲染，并借助DXUT框架来设计试验的总体框架，使得系统的交互性更强。 实验结果表明，本文所提出的基于GPU和粒子系统的水墨效果仿真模型能充分绘制出具有强烈艺术表现力的水墨效果作品。尤其其实时性方面达到了令人满意的要求。同时为了水墨特效的动态仿真，文中对“枯笔”，“飞白”等特效的模拟也提出了进一步的实现思路和方法，为系统的扩展奠定了基础。

目录

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第1章绪论

§1.1课题的研究背景及意义

§1.2水墨仿真的国内外研究成果

§1.3本文的主要研究工作与面临的困难

§1.3.1主要研究工作

§1.3.2遇到的困难

第2章非真实感渲染概述

§2.1非真实感渲染的发展

§2.2非真实感渲染的特点和分类

§2.2.1非真实感的特点

§2.2.2非真实感分类

§2.3非真实感渲染的主要研究领域

§2.4非真实感渲染及其实现技术

第3章GPU及可编程流水线

§3.1 GPU与可编程流水线及其应用

§3.1.1 GPU简介

§3.1.2可编程流水线

§3.2高级渲染语言HLSL介绍

§3.3 GPU及可编程流水线在非真实感渲染中的应用

§3.4小结

第4章笔墨纸的分析与研究

§4.1中国毛笔的特征分析

§4.2水墨扩散现象的研究

§4.3宣纸的介绍与研究

§4.4小结

第5章基于GPU和粒子系统的水墨效果的实现

§5.1系统结构设计

§5.2粒子系统简介

§5.3分形技术简介及应用

§5.3.1边界提取与分析

§5.3.2分形绘制算法

§5.4系统在Directx环境中的实现

§5.4.1 Directx简介

§5.4.1 DXUT框架介绍

§5.4.2系统配置模块

§5.4.3用户鼠标输入响应及解析模块

§5.4.4粒子系统模块

§5.4.5渲染器模块

§5.5实验结果讨论

第6章总结与展望

§6.1本文研究总结

§6.2研究方向展望

附录：参考文献

发表文章及在研究工作

致谢