三维模型的中国水墨风格化实时绘制技术研究与实现

摘要

非真实感渲染与传统的真实感渲染相反，不是以实现“像照片一样真实”的渲染效果为目标，即不再依靠物理学从速度和精度来模拟物理过程，而是从认知科学、艺术、图形设计等领域出发，对信息进行结构化和抽象化，从而实现风格化绘制。水墨画作为中国传统艺术之瑰宝，在计算机上实现其绘制效果，实现了传统艺术在新时代的传承与发展。
　　本文以三维模型的水墨画实时绘制为主要研究方向，利用先进的可编程图形绘制流水线技术，结合多纹理采样技术、纹理映射技术、特征线提取技术、基于图像空间的后期处理等技术实现对三维模型的水墨渲染，并在编辑器中实现实时交互的展示效果。研究内容包括：中国水墨画的艺术风格分类；用基于GPU的HLSL语言实现水墨画风格绘制；把实现水墨风格的HLSL语言封装成为特效脚本，使其能被后处理特效插件PluginCompositor使用，最后能够在Sim3D_Frame编辑器中交互的改变水墨渲染风格。对中国水墨画艺术风格进行分类，从水墨画的线条与用墨特征出发，对其艺术特征进行归纳、抽象和划分。根据可编程图形流水线绘制的特点，将艺术风格按照轮廓和内部区域的不同来进行分类。利用顶点着色器和像素着色器对轮廓和内部区域进行渲染，通过相关参数的调整实现对不同艺术风格的绘制。因此如何实现模型特征线提取和内部的着色渲染，让其呈现各种水墨风格是本文的一个研究重点及难点。基于可编程图形硬件的并行性与高运算性，基于图像处理技术与顶点数无关的渲染特点，本文采用基于图像的处理技术、后处理技术、渲染到纹理技术、纹理映射等技术来提高渲染质量；采用可编程高级语言 HLSL编写的顶点着色器（Vertex Shader）和像素着色器（Pixel Shader）来实现水墨绘制效果，相关几何运算和着色操作均在GPU上实现，提高了渲染效率。最后对PluginCompositor插件的设计与实现进行了介绍，将水墨渲染效果加入其中，在Sim3D_Frame编辑器里可实现效果实时可编辑可交互的水墨风格渲染。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与课题来源

1.2 国内外研究现状

1.3 本文创新点

1.4 论文组织

第二章 相关技术

2.1 引言

2.2 可编程GPU的渲染管线

2.3 基于图像的绘制技术

2.4 基于像素着色器的纹理采样技术

2.5 本章小结

第三章 需求分析

3.1 引言

3.2 项目需求

3.3 PluginCompositor需求分析

3.4 水墨效果合成器需求分析

3.5 本章小结

第四章 概要设计

4.1 引言

4.2 Sim3D_Frame系统设计

4.3 PluginCompositor设计

4.4 水墨效果合成器的设计

4.5 本章小结

第五章 详细设计与实现

5.1 引言

5.2 Sim3D_Frame编辑器的实现

5.3 PluginCompositor及特效的实现

5.4 可编程水墨渲染效果的实现

5.5 水墨效果合成器的实现

5.6 本章小结

第六章 系统测试

6.1 引言

6.2 编辑器测试

6.3 PluginCompositor插件测试

6.4 水墨效果合成器的测试

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 进一步研究

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果