本文選題：非真實感繪制 + 輪廓線風(fēng)格化�。� 參考：《陜西師范大學(xué)》2011年碩士論文

【摘要】：非真實感繪制(Non-Photorealistic Rendering, NPR)是計算機(jī)技術(shù)和繪畫藝術(shù)相結(jié)合的研究領(lǐng)域,它著眼于對真實的場景進(jìn)行抽象和加工,以突出其中的重要信息,使人獲得更直觀和更深刻的印象,因而它在教育、娛樂、藝術(shù)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。雖然基于圖像的非真實感繪制研究比較多,但基于3D模型的非真實感繪制研究相對比較缺乏。在3D物體的非真實感繪制中,輪廓線有效提取與風(fēng)格化、模型的渲染等是關(guān)鍵,本文正是基于這些關(guān)鍵問題的開展的研究,可概括為： (1)輪廓線的凸現(xiàn)與繪制 三維模型的輪廓線檢測是非真實感繪制的一個基礎(chǔ)問題。輪廓線刻畫了三維模型的基本外觀,對于三維物體的感知和審美都是必須的,也關(guān)系到非真實感繪制的最終效果。本文利用網(wǎng)格銳化的思想,對三維網(wǎng)格模型進(jìn)行預(yù)處理,使模型的特征更加突出,并集合簡單的輪廓線探測算法提取了更多的特征線。另外,實現(xiàn)了啟發(fā)式輪廓的提取,更生動的表達(dá)了模型的形狀特征。 (2)輪廓線的風(fēng)格化 風(fēng)格化輪廓線是非真實感繪制中一種重要的藝術(shù)表現(xiàn)形式。本文首先通過三維網(wǎng)格模型的銳化處理獲得更多的特征線,在此基礎(chǔ)上對特征線進(jìn)行風(fēng)格化,增強(qiáng)了輪廓線的表現(xiàn)力；其次,提出了一種計算量少的風(fēng)格化算法,即特征線的兩個端點沿頂點法向量方向按用戶定義的權(quán)重擴(kuò)張成四邊形,然后進(jìn)行紋理映射,以達(dá)到不同的繪制效果；同時實驗表明,該方法也可以較好地保持特征線之間的連續(xù)性。 (3)三維模型的渲染 首先,本文給出了一種卡通渲染的改進(jìn)方法。引入曲率等幾何分量,對傳統(tǒng)的卡通渲染進(jìn)行改進(jìn)。替代傳統(tǒng)的利用線條來刻畫模型的形狀特征,本文利用平均曲率作為一維紋理的坐標(biāo)對三維模型進(jìn)行渲染,基于該方法,可以很好的描繪出三維網(wǎng)格模型的大致形狀和內(nèi)部特征。 其次,本文給出了一種基于徑向曲率的卡通渲染改進(jìn)方法。本文針對三維網(wǎng)格模型卡通渲染效果有限,并且不能顯示模型內(nèi)部特征等缺點,引入與視點相關(guān)的徑向曲率,對X-Toon繪制算法進(jìn)行改進(jìn),給出了基于徑向曲率的渲染方法,該方法不僅可以解決內(nèi)部細(xì)節(jié)特征問題,而且可以模擬多種材質(zhì)效果,如金屬、水彩、水粉等。 本文這些方法在動漫影視、三維動畫造型、出版物制作等領(lǐng)域具有良好的借鑒意義和應(yīng)用價值。
[Abstract]:Non-Photorealistic rendering (NPR) is a research field that combines computer technology and painting art. It focuses on abstracting and processing real scenes in order to highlight the important information and make people more intuitive and impressive. Therefore, it has a wide application prospect in the fields of education, entertainment, art and so on. Although there are many researches on non-realistic rendering based on image, the research on non-realistic rendering based on 3D model is relatively lacking. In the non-realistic rendering of 3D objects, the effective extraction and stylization of contour lines and rendering of models are the key points. This paper is based on the research of these key problems. It can be summarized as follows: (1) the protruding of contour line and the detection of contour line in rendering 3D model are a basic problem in non-realistic rendering. The outline depicts the basic appearance of the 3D model, which is necessary for the perception and aesthetic of the 3D object, and also relates to the final effect of the non-realistic rendering. Using the idea of mesh sharpening, this paper preprocesses the 3D mesh model to make the feature of the model more prominent, and gathers the simple contour detection algorithm to extract more feature lines. In addition, the heuristic contour extraction is realized, and the shape feature of the model is more vividly expressed. (2) the stylized contour line is an important artistic expression in non-realistic rendering. In this paper, firstly, more feature lines are obtained by sharpening the 3D mesh model, and then the feature lines are stylized to enhance the expression of contour lines. Secondly, a stylized algorithm with less computation is proposed. That is, the two endpoints of the feature line expand into quadrilateral along the normal vector direction of the vertex according to the weight defined by the user, then texture mapping is carried out to achieve different rendering effects. At the same time, the experimental results show that, The method can also maintain continuity between feature lines. (3) rendering of 3D models. Firstly, an improved method of cartoon rendering is presented in this paper. The traditional cartoon rendering is improved by introducing geometric components such as curvature. Instead of the traditional use of lines to depict the shape features of the model, this paper uses the mean curvature as the coordinate of one-dimensional texture to render the 3D model. The approximate shape and internal features of the three-dimensional mesh model can be well described. Secondly, an improved method of cartoon rendering based on radial curvature is presented. In this paper, aiming at the shortcomings of cartoon rendering of 3D mesh model, such as limited effect and unable to display the internal features of the model, this paper introduces the radial curvature related to the viewpoint, improves the X-Toon rendering algorithm, and presents the rendering method based on radial curvature. This method can not only solve the problem of interior details, but also simulate many kinds of material effects, such as metal, watercolor, water powder and so on. These methods have good reference significance and application value in the field of animation, film and television, 3D animation modeling, publication production and so on.
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TP391.41

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