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基于GPU的3D水墨画效果的研究

作　者: 张彩云
导　师: 张建中
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 非真实感渲染 水墨画 GPU 可编程图形硬件
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 182次
引　用: 2次
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内容摘要


随着科学技术的进步,非真实感图形学得到迅速发展,用计算机模拟绘制传统绘画艺术成为非真实感渲染领域的一个热门话题。对油画、水彩画等西画系艺术品类的仿真研究,由于开展的比较早和技术上的强大优势,已经取得了卓越的可视化效果。而水墨画独特的艺术特点和表现技法使水墨画的计算机仿真极为困难。不过水墨画独特的艺术魅力正吸引着众多的研究者投入到计算机仿真的研究当中,本文用计算机绘制水墨画也是弘扬中国优秀传统艺术的需要。通过认真观察水墨画的艺术特点,研究当前非真实感图形学的关键技术和GPU的图形渲染优势,提出了利用GPU进行3D水墨渲染的方法,并能达到实时效果。在轮廓线查询上,水墨画并不要求线条的精确,在深入研究图形空间和图像空间轮廓线的检查算法,提出了结合图形图像空间的轮廓线检测算法,即先在图形空间用模型的法线表现轮廓线,然后在图像空间采用Laplacian边缘检测对法线轮廓进行进一步处理,从而产生了很好的轮廓线。在内部着色方面,用光照模型表现景深,也即是明暗效果,用纹理映射表现细节,并对像素进行了模糊来模拟晕染效果,采用多遍绘制的方法实现更真实的水墨效果,将虚实结合的水墨意境较好的表现出来。在实现上,由于GPU并行处理的架构,更适合做图形处理,故主要采用可编程硬件高级着色语言HLSL编写Vertex Shader和Pixel Shader来实现,这不仅减少了CPU与GPU的通信,提高了渲染帧率,而且由于可以对像素级进行编程,大大提高到了编程的灵活性。本文的研究应用到“三维数字展示平台”系统中,能够很好地渲染出水墨画效果的场景,而且能够达到实时效果。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
图目录  10-12
第一章 引言  12-18
  1.1 研究背景和意义  12-13
  1.2 国内外相关的研究  13-16
    1.2.1 非真实感渲染的研究现状  13-15
    1.2.2 中国水墨画的仿真  15-16
  1.3 本文的研究工作  16-17
  1.4 本文的组织结构  17-18
第二章 GPU 编程的介绍  18-30
  2.1 GPU 与CPU 的比较  18-19
  2.2 图形流水线  19-22
    2.2.1 固定功能的图形流水线  19-21
    2.2.2 可编程的图形流水线  21-22
  2.3 Shader Model 3.0  22-24
  2.4 HLSL 编程语言  24-30
    2.4.1 HLSL 的优点  25
    2.4.2 用HLSL 编写Shader  25-30
第三章 非真实感渲染常用技术研究  30-46
  3.1 轮廓线的检测  30-37
    3.1.1 图形空间的轮廓检测  30-34
    3.1.2 图像空间的轮廓检测  34-36
    3.1.3 轮廓线检测算法总结  36-37
  3.2 内部着色  37-45
    3.2.1 光照模型  37-40
    3.2.2 纹理模型  40-42
    3.2.3 画刷模型  42-44
    3.2.4 粒子系统  44-45
  3.3 本章小节  45-46
第四章 三维数字展示平台中3D 水墨画效果的设计与实现  46-70
  4.1 三维数字展示平台  46-55
    4.1.1 场景编辑  47-48
    4.1.2 路径编辑  48
    4.1.3 群体动画  48-49
    4.1.4 天气编辑  49-50
    4.1.5 输入控制  50-51
    4.1.6 数据库的设计与操作  51-52
    4.1.7 光照效果  52-54
    4.1.8 信息查询  54-55
  4.2 水墨画效果的设计与实现  55-70
    4.2.1 中国水墨画的艺术特点  55-56
    4.2.2 设计框架  56-58
    4.2.3 顶点坐标变换  58-59
    4.2.4 轮廓线的绘制  59-63
    4.2.5 光照模型  63-64
    4.2.6 纹理模型  64-66
    4.2.7 高斯模糊  66-68
    4.2.8 最终效果  68-70
第五章 试验结果分析  70-72
  5.1 主要开发环境  70
  5.2 试验结果分析  70-72
第六章 结论  72-74
  6.1 结论  72
  6.2 展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-79
个人简历、在校期间的研究成果及发表的学术论文  79-80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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