利用平面虚拟点光源的素描图像绘制

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1、第３３卷第５期计算机学报Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．５２０１０年５月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳＭａｙ２０１０利用平面虚拟点光源的素描图像绘制佟强张松海（清华大学计算机科学与技术系北京１０００８４）摘要素描画是一种常见的艺术形式，它通过单色线条来表现直观世界中的事物，而能够体现场景层次的高光和阴影则是表现的重点．艺术家经常会对场景的光影进行艺术化的夸张，这种艺术夸张会更好地表现作品主题．首先提出一种二维图像平面的虚拟点光源位置估计算法，根据输入的真实图像的距离场和亮度场，计算虚拟点光源位置，使其对原图像的亮度梯度影响最小，即

2、最符合原场景中的光照方向．然后提出基于二维虚拟点光源的阴影增强算法，加强了真实图像中的明暗对比，因此能够在最终的素描结果中表现出光影效果．使用该方法生成的素描画，在物体边界处具有更好的明暗对比，从而使得最终绘制图像更具有素描画的光影增强特点．关键词非真实感绘制；素描；虚拟点光源；亮度梯度场；图像处理中图法分类号ＴＰ３９１犇犗犐号：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０１６．２０１０．００９１９犘犲狀犮犻犾犛犽犲狋犮犺犘犪犻狀狋犻狀犵狑犻狋犺犞犻狉狋狌犪犾犘狅犻狀狋犔犻犵犺狋犛狅狌狉犮犲狅狀犐犿犪犵犲犘犾犪狀犲ＴＯＮＧＱｉａｎｇＺＨＡＮＧＳｏｎｇ

3、Ｈａｉ（犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犆狅犿狆狌狋犲狉犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犜狊犻狀犵犺狌犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犅犲犻犼犻狀犵１０００８４）犃犫狊狋狉犪犮狋ＰｅｎｃｉｌＳｋｅｔｃｈｉｓａｃｏｍｍｏｎａｒｔｉｓｔｉｃｆｏｒｍｗｈｉｃｈｅｘｐｒｅｓｓｅｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔｓｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄｂｙｓｉｎｇｌｅｃｏｌｏｒｌｉｎｅｓ．Ｔｈｅｅｍｐｈａｓｅｓｉｎｐｅｎｃｉｌｓｋｅｔｃｈｐａｉｎｔｉｎｇｓａｒｅｔｈｅｈｉｇｈｌｉｇｈｔａｎｄｓｈａｄｏｗｒｅｇｉｏｎｓｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｅｘｐｒｅｓｓｔｈｅｓｃｅｎｅｌｅ

4、ｖｅｌｓ．Ｔｈｅａｒｔｉｓｔｓｏｆｔｅｎｅｘａｇｇｅｒａｔｅｔｈｅｓｅｌｉｇｈｔａｎｄｓｈａｄｏｗｒｅｇｉｏｎｓｂｙａｒｔｉｓｔｉｃｓｔｙｌｅｓ，ｔｏｅｘｐｒｅｓｓｔｈｅｓｕｂｊｅｃｔｏｆｔｈｅｉｒｐａｉｎｔｉｎｇｓｂｅｔｔｅｒ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｍｅｔｈｏｄｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆａｖｉｒｔｕａｌｐｏｉｎｔｌｉｇｈｔｏｎ２Ｄｉｍａｇｅｐｌａｎｅ，ｉｔｃｏｍｐｕｔｅｓｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｐｏｉｎｔｌｉｇｈｔｂｙｄｉｓｔａｎｃｅｆｉｅｌｄａｓｗｅｌｌａｓｌｕｍｉｎａｎ

5、ｃｅｆｉｅｌｄｔｏｍｉｎｉｍｉｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｌｕｍｉｎａｎｃｅｇｒａｄｉｅｎｔｆｉｅｌｄｏｆｓｏｕｒｃｅｉｍａｇｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｓｈａｄｏｗｅｎｈａｎｃｅｄｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎ２Ｄｖｉｒｔｕａｌｐｏｉｎｔｌｉｇｈｔ，ｂｙｅｎｈａｎｃｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔｒａｓｔｏｆｌｉｇｈｔａｎｄｓｈａｄｏｗｉｎｒｅａｌｉｍａｇｅ，ｔｏｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｔｈｅｓｈａｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｎｐｅｎｃｉｌｓｋｅｔｃｈｐａｉｎｔｉｎｇｓ．Ｗｉｔｈｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｓｋｅ

6、ｔｃｈｐａｉｎｔｉｎｇｓｍａｙａｃｈｉｅｖｅｍｏｒｅｃｏｎｔｒａｓｔｏｎｔｈｅｏｂｊｅｃｔｓ’ｅｄｇｅｓ，ｔｈｕｓｔｈｅｆｉｎａｌｒｅｎｄｅｒｉｎｇｉｍａｇｅｓｍａｙｏｂｔａｉｎｍｏｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｅｎｃｉｌｓｋｅｔｃｈｐａｉｎｔｉｎｇｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊ｎｏｎｐｈｏｔｏｒｅａｌｉｓｔｉｃｒｅｎｄｅｒｉｎｇ；ｐｅｎｃｉｌｓｋｅｔｃｈ；ｖｉｒｔｕａｌｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅ；ｌｕｍｉｎａｎｃｅｇｒａｄｉｅｎｔｆｉｅｌｄ；ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓ通过对素描画的创作过程进行考察，可以发现，画家１引言在绘制素描画时，不仅

7、是简单地临摹真实场景，更要结合自己的艺术感受，减弱图像中的反光，加强明暗素描画是一种单纯使用线条描写的绘画形式，交界线，使明暗对比增强，并加强物体轮廓，以带给以单色线条的明暗深浅来表现事物的本质与神韵．画面形体特征．尤其是对于在素描画中占据很大比收稿日期：２００９０７０９；最终修改稿收到日期：２００９１０１６．本课题得到国家自然科学基金（Ｕ０７３５００１）、国家“八六三”高技术研究发展计划项目基金（２００９ＡＡ０１Ｚ３３０）资助．佟强，男，１９８５年生，博士研究生，主要研究方向为非真实感图像、视频绘制与生成．Ｅｍａｉｌ：ｔｏｎ

8、ｇｑ０４＠ｍａｉｌｓ．ｔｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．张松海，男，１９７８年生，博士，助理研究员，主要研究方向为视频处理、计算机图形学．９２０计算机学报２０１０年重的人物素描，画家往往会使用较强的光线变化和多个层次