学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

Marbling图案的计算机仿真

作　者: 卢书芳
导　师: 金小刚
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: Marbling工艺流体模拟数学模型计算机艺术演化计算纹理设计图形处理单元
分类号: TP391.9
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 11次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

Marbling是一门在液体表面制作彩色流体状图案的传统手工艺术。对Marbling的仿真是计算机图形学领域中艺术模拟的一大组成部分。计算机仿真Marbling的研究对传播、继承和保护古老文明,弘扬传统艺术有着重要的理论意义和现实的应用价值。本文主要研究计算机仿真Marbling的若干关键技术,具体包括基于物理方法的Marbling仿真、基于图像及视频的Marbling风格化、基于数学函数方法的Marbling仿真、基于演化计算的Marbling图案设计。论文的主要研究成果包括：1.提出了一个快速、精确的Marbling仿真方法。该方法基于二维流体动力学仿真。首先,在时间和空间上数值求解经典的Navier-Stokes流体方程获得流体的速度场。然后,对密度场进行对流得到可视的Marbling图案。我们采用三阶稳定的USCIP对流模式和简单有效的转换函数使生成的图案颜色鲜艳、图案清晰精美。本系统基于CUDA平台求解复杂的流体方程,为用户提供了一个设计Marbling图案的实时交互环境。2.提出了一个实时自动的图像及视频Marbling风格化框架。首先,将输入图像从RGB颜色空间转换到CIE Lab颜色空间,对其中的亮度通道进行后续操作。然后,使用迭代双边滤波的方法逐渐构造出一个光滑、连贯的特征流场。最后,将获得的特征流场作为Navier-Stokes方程的力场,从而驱动图像进行流动并变形。由于图像沿着自身的特征流场进行流动,因此生成的图案不仅保持了Marbling图案的流体特征,而且也保持了图像中的物体形状。我们使用对流纹理坐标的方法避免图案出现模糊的现象。3.提出了一个基于数学函数方法的Marbling仿真技术。该方法将Marbling工艺中常用的滴管、刷子、尖笔、梳子、漩涡等操作抽象成对应的数学解析表达式。这些公式满足不可压缩流的特点,并且均是可逆函数。正函数用于生成矢量的Marbling图形,逆函数用于生成像素的Marbling图像。此外,本文方法在三维场景装饰、三维模型高清细节绘制、图像编辑和交互式视频处理方面都有广泛应用。4.将设计方法学和人工智能的遗传算法相结合,提出了一种计算机辅助Marbling纹理设计方法。借助于该方法,设计人员从繁琐的数学公式中释放出来,将精力放在对Marbling图案的评估和选择上,并引导生成符合设计师要求的图案。该方法生成的Marbling的图案满足纺织工业界矢量图形、无缝拼接、同一图案不同色彩搭配的需求。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-14
第1章绪论  14-32
  1.1 计算机仿真艺术  14
  1.2 Marbling概述  14-18
    1.2.1 Marbling的制作工具及过程  16-18
    1.2.2 计算机仿真Marbling的意义  18
  1.3 研究现状与研究方法  18-28
    1.3.1 传统绘画和手工艺的仿真  18-20
    1.3.2 Marbling工艺的仿真  20-28
  1.4 本文工作  28-30
    1.4.1 基于物理方法的Marbling仿真  28-29
    1.4.2 基于图像及视频的Marbling风格化  29
    1.4.3 基于数学方法的Marbling仿真  29-30
    1.4.4 基于演化算法的Marbling纹理生成  30
  1.5 本章小结  30-32
第2章基于物理方法的MarbIing仿真  32-46
  2.1 引言  32-34
  2.2 实验方法  34-41
    2.2.1 二维流体模拟  34-37
    2.2.2 尖锐边界保持  37-40
    2.2.3 用户交互  40-41
  2.3 实验结果与分析  41-44
  2.4 本章小结  44-46
第3章基于图像及视频的Marbling风格化  46-58
  3.1 引言  46-48
  3.2 本文算法  48-54
    3.2.1 流水线概述  48-49
    3.2.2 力场提取  49-52
    3.2.3 图像对流  52-54
  3.3 实验结果与分析  54-57
  3.4 本章小结  57-58
第4章基于数学方法的Marbling仿真  58-74
  4.1 引言  58-60
  4.2 本文算法  60-69
    4.2.1 工具函数  60-66
    4.2.2 基于像素图的Marbling图案  66-67
    4.2.3 基于矢量图的Marbling图案  67-68
    4.2.4 三维模型表面高清细节绘制  68-69
  4.3 实验结果与分析  69-71
  4.4 本章小结  71-74
第5章基于演化算法的Marbling纹理生成  74-88
  5.1 引言  74-76
  5.2 相关工作  76-77
  5.3 数学模型  77-78
    5.3.1 尖笔制图函数  77-78
    5.3.2 波纹制图函数  78
  5.4 演化计算  78-84
    5.4.1 数据结构  79-80
    5.4.2 个体数量  80
    5.4.3 遗传算子  80-84
  5.5 实验结果与分析  84-87
  5.6 本章小结  87-88
第6章总结与展望  88-92
  6.1 本文总结  88-89
  6.2 未来工作展望  89-92
参考文献  92-102
攻读博士学位期间主要的研究成果  102-104
致谢  104

Marbling图案的计算机仿真

内容摘要

全文目录

相似论文