基于GPU加速的3D矢量场改进VolumeLIC绘制技术

纹理绘制技术通过纹理线条和颜色变化能够细致且生动地表现2D矢量场的速度、方向以及数据相关性等特征信息,但扩展到3D矢量场空间时,由于3D矢量场本身的空间特性容易造成纹理单元之间产生严重的视线遮挡问题,影响研究人员对矢量场内部固有属性特征的观察和分析.针对此问题,提出一种基于GPU加速实现的稀疏噪声纹理生成的改进3D矢量场Volume LIC绘制技术.在噪声生成部分,基于泊松盘分布以避免噪声点间的相互遮挡,采用Hilbert空间填充线遍历减少生成噪声点的规律性和人工痕迹,并通过高斯滤波核滤除高频区域生成稀疏高斯噪声.整个算法采用GPU+GLSL硬件加速机制,在噪声纹理采样时,利用GPU顶点颜色线性插值功能和片元计算方法有效地加速LIC纹理生成过程,并将卷积噪声和矢量场数据作为纹理传入GPU;采用光线投射算法实现LIC纹理的3D绘制显示,并通过光线提前终止技术和空白空间跳跃技术有效提升绘制效率;同时提供多种有效的交互分析手段查看流场内部特征.实验结果表明,该方法生成的3D纹理图像清晰、绘制效率高,能够有效地缓解3D复杂矢量场卷积数据过多引起的遮挡与混乱现象,具备良好的可视化效果.     

一种流体艺术风格的自适应LIC绘制方法

把LIC算法应用到非真实感绘制中,提出一种自适应流体艺术图的LIC绘制方法.对源图像亮度分量计算切矢量场,然后对其进行增强、平滑处理获得结构矢量场;通过随机扰动源图像获得纹理参考图像;根据结构矢量场和纹理参考图像的局部特征产生可变的LIC积分步长和步数,自适应地处理纹理参考图像;最后对绘制效果进行颜色渲染,生成具有丰富颜色特征的流体艺术图.实验表明,该方法能够较好地模拟诸如梵高画的流体艺术风格,呈现生动、灵活的波动感.     

基于颜色层次矩阵的卡通着色技术

传统的卡通着色技术是基于纹理技术,通过表面属性与光线矢量的关系来确定表面像素色彩.从感知心理学非真实感绘制模型和卡通渲染过程入手,在对传统的卡通着色技术研究分析的基础上,提出了基于颜色层次矩阵的卡通着色技术.不依赖于纹理,而是通过操作颜色层次矩阵进行渲染,其优点是能够实现多层次卡通渲染并在不同的约束条件下,能够灵活快速地实现多种效果.通过与传统方法的比较,结果表明算法具有较高的有效性和灵活性,为计算机非真实感绘制继续进行艺术加工奠定了基础.     

基于微分的增强型三维矢量场可视化

为提高3D矢量场可视化效果,提出了一种基于微分滤波的流线增强方法。首先对三维纹理进行线性卷积运算,生成具有空间相关性的卷积纹理;其次对卷积纹理进行分数阶微分滤波,增强流线之间强度对比;最后采用纹理映射体绘制技术实现三维矢量场可视化,并通过设计体绘制的传输函数来显示矢量场的内部结构。实验结果表明,该方法有效地增强了流线间的对比,使绘制的流线更加平滑,同时也有效地消除了卷积数据过多引起的紊乱与相互遮挡。     

基于延期着色的sort-first绘制集群*

传统的图形绘制集群采用前向着色,存在光照着色功能有限、计算负载难以预测等缺陷。为此,提出基于延期着色的sort-first绘制集群架构,该系统可以实时绘制具有复杂光照效果的多边形场景,并可利用延期着色的负载可预测特性,实现绘制节点间的负载平衡。同时,提出了基于Equalizer改造现有图形绘制引擎,构造基于延期着色的sort-first绘制集群的方法。实验表明,该系统可以在静态负载平衡策略下实现高性能的实时图形绘制,具备良好的可扩展性。     

基于浮雕图像的3D浮雕效果实现

针对如何使图像中的浮雕更具有立体感与观赏性这一问题,提出了一种利用单幅浮雕图像来实现3D浮雕效果的方法。该方法主要是通过给图像目标区域增加高度值来实现。首先将图像看作是由像素点组成的矩阵,进行相关矩阵运算,同时将整幅图像看作一个二维网格,然后利用目标图像的颜色值作为高度值进行三维网格的绘制,得出三维图形,并对生成的图形进行光照处理以获得更好的视觉效果。     

Flash的Tweening动画

Flash是一种基于向量图形标准的电影编辑工具和绘图工具。利用绘图工具可以绘制出各种矢量图形,通过改变场景中关键帧上的内容,可以创建一个连续播放的动画。其中Tweening动画颇具特色,它只需定义动画序列的起始和终止两个关键帧,而中间过渡画面则是flash自动生成的。两个关键帧之间的变化既可以是颜色、形状、位置、大小的改变,     

单参数控制的灰度图像着色

灰度图像着色是计算机图形学和计算机图像处理等领域的研究热点,在影视制作、数字照片编辑、动漫艺术等方面具有重要的应用价值。传统的方法通过大量的交互操作实现灰度图像中不同区域的聚类或者色源图像和灰度图像之间的匹配,大大降低了着色的效率。提出一种新的基于单参数控制的灰度图像着色方法。首先,利用球体几何理论建立色彩变换模型。其次,基于线性回归的方法,对色源图像和灰度图像的直方图分别进行多项式拟合建模。用户输入拟合多项式的阶数之后,可以实现色源图像和灰度图像的自动聚类并建立它们之间的匹配关系。最后,通过色源图像和灰度图像之间的颜色映射实现灰度图像的着色。该方法无须烦琐的用户交互,使得着色过程更为方便快捷。     

多矢量曲线水印检测的SVM分类融合方法

针对矢量图形的版权保护问题,提出了一种基于SVM分类融合的多矢量曲线水印检测方法。该方法在水印嵌入阶段,对多条曲线嵌入由嵌入密钥生成的水印;在检测阶段,对多条曲线检测由检测密钥生成的水印,同时多条曲线的检测相关值按一定的顺序构成一个特征向量;然后由SVM两类别分类器对该特征向量进行决策,以判定这多条曲线是否嵌入了由检测密钥生成的水印。SVM分类器的学习样本是模仿各种多矢量曲线变换和攻击下,相应产生了由多曲线检测相关值构成的特征向量。该方法本质上是基于SVM分类的多个检测相关值的融合方法。理论分析和仿真结果证明,该方法是可行的和有效的。     

基于点的自适应建模与绘制方法

随着三维扫描和测量技术在计算机图形生成过程中的广泛应用使得基于点的图形绘制技术研究越来越引起研究人员的关注,该技术的应用对于提高图形显示速度具有重要的意义。由于基于点的计算机图形绘制方法的特性,生成的显示结果表面会产生空洞现象。本文针对以上问题提出了一种自适应建模和绘制算法,并且在视觉上得到了较好的真实感效果。     

3维卡通水与物体交互作用的动画建模

为了生成水与物体交互作用的卡通动画,提出一个混合式的3维卡通水模型。先构造出复杂的各种卡通水波模型,然后在2维工作区上对它们进行结构上的组合并映射到3维水面上进行绘制;障碍物在3维水面上的覆盖区域被检测出来之后,将其逆映射到2维工作区并在工作区内实现流水波形和障碍物所在区域的碰撞检测,根据碰撞检测结果触发障碍物附近的激起浪花波形。该方法的特点在于既表现了卡通流水与障碍物的碰撞,又保持了手工绘画的艺术感。此外,用户还可以方便地对波形的形态、位置、速度等进行设置与调控。系统利用GPU（图形处理器）硬件处理能力实现了对3维卡通水与物体交互的实时绘制。     

基于冲击滤波器的视频图像卡通化算法

传统二维卡通绘制的专业性和复杂性导致普通用户参与性较低。为此,提出一种基于冲击滤波器的视频图像卡通化算法。应用改进的冲击滤波器对彩色视频图像进行颜色聚类和噪声消除,对冲击滤波后的图像使用高斯差分算子进行边缘检测,并做颜色量化处理,融合边缘曲线和量化图像生成个性化的卡通图像。实验结果表明,与基于双边滤波器、Osher冲击滤波器、Alvarez冲击滤波器以及改进Osher冲击滤波器的图像卡通化算法相比,该算法能够获得更清晰、完整、光滑和连续的边缘曲线,风格化图像的视觉显著性更强,保真度更高,并能通过系列图像的风格化转换自动生成个性化的卡通视频。     

A Ray Tracing Approach to Diffusion Curves

Diffusion curves [ [OBW*08] ] provide a flexible tool to create smooth‐shaded images from curves defined with colors. The resulting image is typically computed by solving a Poisson equation that diffuses the curve colors to the interior of the image. In this paper we present a new method for solving diffusion curves by using ray tracing. Our approach is analogous to final gathering in global illumination, where the curves define source radiance whose visible contribution will be integrated at a shading pixel to produce a color using stochastic ray tracing. Compared to previous work, the main benefit of our method is that it provides artists with extended flexibility in achieving desired image effects. Specifically, we introduce generalized curve colors called shaders that allow for the seamless integration of diffusion curves with classic 2D graphics including vector graphics (e.g. gradient fills) and raster graphics (e.g. patterns and textures). We also introduce several extended curve attributes to customize the contribution of each curve. In addition, our method allows any pixel in the image to be independently evaluated, without having to solve the entire image globally (as required by a Poisson‐based approach). Finally, we present a GPU‐based implementation that generates solution images at interactive rates, enabling dynamic curve editing. Results show that our method can easily produce a variety of desirable image effects.     

非真实感绘制漫画艺术效果的研究与实现

提出了一种基于非真实感绘制的漫画艺术效果绘制算法。算法首先将输入图像从 RGB 色彩空间转换为LAB 色彩空间,通过双边滤波及色彩量化的方法对输入图像进行处理,获 得连续的、局部区域色彩一致的结果图像,可通过权值等参数对滤波及量化程度进行控制。其次, 采用DOG 滤波器和阈值处理求取输入图像的边缘信息,获得连续的、清晰的边缘。最后将边缘 图像融合到量化结果图像中,获得最终的漫画艺术效果。从最终的漫画艺术绘制效果看出,该算 法简单、易于实现。     

漫画风格的人脸肖像生成算法

为模拟艺术家画出的具有夸张效果的肖像漫画,由用户输入正面人脸照片,通过交互获取关键特征点,根据特征点计算面部特征值来判断需要夸张的部分和各自的夸张方式;然后根据特征点自动生成不同层级的网格并分层实施夸张变形;最后进行图像处理以获得不同艺术风格的图像.该算法从研究漫画家的作画风格入手,总结了肖像漫画特定的夸张规律,所生成的漫画风格人脸肖像效果较好,能够应用于非真实感图形学和数字娱乐等领域.     

Computer-assisted coloring by matching line drawings

An approach to automatically color line drawings based on feature matching is proposed. The motivation is that coloring 2D animation is still a labor-intensive process in current cartoon film production. The objective of our work is to investigate how to automatically color an image in a cartoon sequence on the basis of the previous frame. Our method first establishes the matching relationship of two images, after which it automatically paints one of them with the color information of the other using a region-matching algorithm. The region-matching algorithm is based on feature correspondences. The results show that the proposed algorithm can straightforwardly and robustly realize our objective and has a promising future for our next step to further automate conventional animation.     

基于动画设计的图形系统研究

本文利用面向对象的设计思想,主要讨论了图形类库,针对动漫设计中各种基本图元的数据描述的数据结构进行了定义,也对各种图元的结构层次和基本操作给出了定义。该图形编辑系统是结合通用图元编辑系统和动漫制作技术,设计的一个专为动画编辑来研究的专用图形编辑器。     

基于增量式迭代变换的蜡染图形渐变算法

针对蜡染图形创新, 提出一种基于增量式迭代变换法的图形渐变方法, 即在不受特征点集对应的约束下, 实现两个平面图形之间自然、平滑渐变。该方法采用迭代渐变的思想, 对图形进行矢量预处理, 并分别在源矢量图形和目标矢量图形上采样一组几何特征点, 通过等分弧长对应的规则把两个图形进行权重归中, 对采样的节点求全局最小二乘进行特征匹配与映射, 再通过增量式迭代变换法得到一系列渐变中间图形。计算机仿真结果表明, 此算法能够较好地实现非特征对应的图形渐变, 达到过渡自然、平滑的目的。     

Procedural models for cartoon cracks and fractures animations

We present an approach for animating cracks and fractures in cartoon style. In our method we take a 2D hand-drawn object as input and then construct a 2.5D model of the object in order to approximate the object volume. Next, we generate the Voronoi textures on the 2.5D object model for visual abstraction of cartoon cracks. Further, cracking gaps on the Voronoi textures are widened progressively until Voronoi cells split apart and finally fall onto ground according to simplified physical rules. With minimum user intervention, our model is able to generate cartoon cracks and fractures animations procedurally, as demonstrated by examples given in the paper.     

计算机辅助美术动画的新方法综述

随着数字媒体处理、非真实感绘制和交互式娱乐等技术的兴起,出现了一些新的计算机辅助美术动画设计和制作方法．从研究方法和技术路线上,可将当前的研究工作总结和归纳为4类：基于视频流的方法、结合二维半／三维几何模型的方法、基于素材重用的方法和借鉴三维动画技术的方法．在此基础上,对各类方法的基本思想和关键技术等进行了分析,并探讨了如何进一步超越二维世界,如结合三维几何、运动的时序变化、情感等来研究计算机辅助美术动画技术的趋势．