基于gpu的3d水墨动画技术研究

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1、天津大学硕士学位论文基于GPU的3D水墨动画技术研究姓名：何芳申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：孙济洲20080501摘要通过对中国水墨画进行深入观察和量化分析，结合当前计算机图形硬件的发展以及3D动画技术，本文进行了基于可编程图形硬件的3D水墨动画技术研究。首先是对3D模型进行水墨风格的基本渲染，包括轮廓渲染、内部晕染和单笔渲染。根据曲面轮廓线的定义，由视线与法向量的夹角的余弦值与预先定义的阈值之间的关系确定轮廓点的范围，进行轮廓渲染。并在此基础上加入了宽度控制，使得本文的方法适用于各种复杂程度的模型。通过轮廓勾勒体现出物象的基本特征后，再根据水墨画的墨色特点以

2、及泼墨技法，采用墨色分阶的方法进行内部晕染，并通过BoxFilter对结果进行处理，得到水墨晕染效果。单笔渲染的主要思想是提取模型的中心骨架，结合用户事先指定的笔道进行绘制。此外，本文还考虑了水墨渲染的其它技法一彩墨渲染。彩墨渲染将KM颜色模型引入3D水墨渲染中，展示中国水墨画彩墨风格。该技法的研究对丰富3D水墨动画的表达力有着极其重要的作用。然后，本文提出了在三维空间进行水墨扩散的方法。基于模型原始特征，在3D模型表面生成线条，并对线条进行灰度赋值。对结果进行插值处理，获得披发状水墨扩散在3D空间的展示效果。本文基于3D动画技术的要求，结合LOD思想，充分考虑3D水墨动画中物

3、象运动时的不同表达技法。本文算法均在GPU上实现，充分利用了可编程硬件加速的纹理查找算法以及内置变量点积计算，处理速度达到了实时。本文的研究，对于弘扬中国传统艺术以及拓展图形学研究领域都有着重要的意义，同时，本文的工作对于水墨风格的3D动画制作也有着非常重要的现实意义。关键词：3D动画中国水墨画扩散GPUABSTRACTWiththedevelopmentofGPUandthetechnologyof3Danimation，Aresearchonthetechnologyof3DChinesepaintinganimationismadebasedonGPUthroughclo

4、seobservationandquantitativeanalysistoChinesepainting．First,wewillintroduceourresearchworkonbasicrenderingmethods，suchasoutlinerendering，insiderenderingandsingle—brushrendering．Wedeterminetherangeofthepointsonthesilhouetteusingthevalueofcosineoftheanglebetweenviewvectorandnormalvector．Beside

5、s，weaddawidth．controllertomakeourmethodsuitableformodelswithdifferentlevelofcomplexity．Aftergettingthebasiccharacterbysilhouetterendering，weusethelightmodeltospreadinkontothe3Dmodelandquantizetheinkcolorbasedonanindexofcolordegree．Thentherendered2DimagewillbeprocessedbyfilterboxtoproduceaChi

6、nesepaintingstyledimagewithinkdiffusion．Themainideaforsingle—brushpaintingisfetchingthecenterlineandthenrenderingwithanspecifiedbrush．Inaddition，wedidsomeresearchonotherrenderingmethod—colorrendering．WeintroduceKMcolormodelintoourrendenngmethodtoexhibitthecolorrenderingeffectinChinesepaintin

7、g．ResearchonthismethodwillplayaveryimportantroleforenrichingtheexpressionofChinesepainting．Weproposeamethodofinkdiffusionin3Dspace．Basedontheoriginalcharacterofthemodel，weputsomelinesonthesurfaceofthemodel，evaluateeverypointofthelinewithafloatnumbe