Marbling圖案的計算機(jī)仿真.pdf

1、Marbling是一門在液體表面制作彩色流體狀圖案的傳統(tǒng)手工藝術(shù)。對Marbling的仿真是計算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域中藝術(shù)模擬的一大組成部分。計算機(jī)仿真Marbling的研究對傳播、繼承和保護(hù)古老文明，弘揚傳統(tǒng)藝術(shù)有著重要的理論意義和現(xiàn)實的應(yīng)用價值。本文主要研究計算機(jī)仿真Marbling的若干關(guān)鍵技術(shù)，具體包括基于物理方法的Marbling仿真、基于圖像及視頻的Marbling風(fēng)格化、基于數(shù)學(xué)函數(shù)方法的Marbling仿真、基于演化計算的Mar

2、bling圖案設(shè)計。論文的主要研究成果包括:
　　1.提出了一個快速、精確的Marbling仿真方法。該方法基于二維流體動力學(xué)仿真。首先，在時間和空間上數(shù)值求解經(jīng)典的Navier-Stokes流體方程獲得流體的速度場。然后，對密度場進(jìn)行對流得到可視的Marbling圖案。我們采用三階穩(wěn)定的USCIP對流模式和簡單有效的轉(zhuǎn)換函數(shù)使生成的圖案顏色鮮艷、圖案清晰精美。本系統(tǒng)基于CUDA平臺求解復(fù)雜的流體方程，為用戶提供了一個設(shè)計Marb

3、ling圖案的實時交互環(huán)境。
　　2.提出了一個實時自動的圖像及視頻Marbling風(fēng)格化框架。首先，將輸入圖像從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIELab顏色空間，對其中的亮度通道進(jìn)行后續(xù)操作。然后，使用迭代雙邊濾波的方法逐漸構(gòu)造出一個光滑、連貫的特征流場。最后，將獲得的特征流場作為Navier-Stokes方程的力場，從而驅(qū)動圖像進(jìn)行流動并變形。由于圖像沿著自身的特征流場進(jìn)行流動，因此生成的圖案不僅保持了Marbling圖案的流體特征，

4、而且也保持了圖像中的物體形狀。我們使用對流紋理坐標(biāo)的方法避免圖案出現(xiàn)模糊的現(xiàn)象。
　　3.提出了一個基于數(shù)學(xué)函數(shù)方法的Marbling仿真技術(shù)。該方法將Marbling工藝中常用的滴管、刷子、尖筆、梳子、漩渦等操作抽象成對應(yīng)的數(shù)學(xué)解析表達(dá)式。這些公式滿足不可壓縮流的特點，并且均是可逆函數(shù)。正函數(shù)用于生成矢量的Marbling圖形，逆函數(shù)用于生成像素的Marbling圖像。此外，本文方法在三維場景裝飾、三維模型高清細(xì)節(jié)繪制、圖像編輯