面向立体视觉的三维水墨画渲染算法

The current 3D rendering algorithms for Chinese-painting-style paintings are not considered stereovision applications, and the need too much interactive operations. The project will investigate the automatic rendering methods that meet the applications of 3D stereovision for Chinese wash-ink paintings. The rendering process is divided into four steps: brush strokes segmentation, ink diffusion synthesis, ink-style textures synthesis and texture mapping. Maintaining frame-to-frame coherence of wash-ink strokes and realizing stereovision display are the key problems of this research. To generate the perspective parallax of double eyes when rendering 3D Chinese painting, we directly generate ink diffusion on 3D meshes using texture mapping. To maitain temperal coherence of wash ink strokes, we present a novel image-based method to synthesize ink diffusion effects. Ink diffusion area is divided into two parts: Primary region and irregular border region. The two parts are synthesized respectively. This research can not only realize stereoscopic display of three-dimensional Chinese painting,but also provide technical support for the developments of game rendering engine and digital art platforms.

目前水墨画渲染的算法都没有考虑立体视觉的实现，并且相关算法都过多的依赖于人交互。本项目提出能满足立体视觉要求的三维水墨画自动渲染算法研究。将水墨画渲染过程分为：笔触提取、水墨扩散效果合成，水墨画纹理生成，纹理映射等几个过程。实现水墨画笔触的帧间连续性和水墨画的立体显示是本项目要解决的核心内容。为了产生双眼深度视差，研究利用纹理映射的方法直接在模型网格上生成水墨扩散效果。为保持渲染结果的帧间（左右眼）一致性，采用图像合成的方法模拟水墨扩散效果；将水墨扩散区域分为基本扩散区和不规则边界区，分别合成这两个区域。本项目的研究成果不仅可以实现三维水墨的立体显示，而且能为游戏渲染引擎和数字美术平台的开发提供技术支撑。

水墨画计算机渲染是计算机图形学中的一个研究热点，也是一个具有挑战性的课题。其中，一个主要的难点在于很难消除渲染结果的随机性，从而无法保持结果的帧间一致性。本项目率先提出面向立体显示的水墨画渲染，研究了双眼立体图像的水墨画渲染方法，给出了一个水墨扩散仿真的经验模型，解决了保持帧间（双眼）一致性问题。 我们将水墨笔画分为基本笔画区、主扩散区和不规则边界区，分别合成主扩散区和不规则边界区。利用规则的宣纸纹理控制不规则边界区合成。通过画家手绘的笔触样本，统计水墨颜色的起伏，将起伏误差叠加到笔画上，形成水墨笔画的粗糙效果。利用非线性插值方法计算两个笔画重叠区域的颜色。该方法有效的降低了结果的不确定性，可直接应用于水墨动画和立体图像的绘制。针对非真实感立体图像制作，提出了一个非真实感立体图像渲染的通用框架，并给出了一种将双眼可见内容绘制到一副图像的方法。将包含双眼可见内容的图像艺术化处理，然后映射到模型表面形成艺术化风格的模型，再通过双相机获取立体图像。该渲染框架能确保双眼图像的一致性，能适应各类艺术风格的渲染。针对立体图像的深度映射，我们给出了利用模型的网格变形来实现连续压缩比率的深度压缩。该方法可方便的应用于游戏、虚拟现实等实时立体视觉系统。