Marbling圖案的計(jì)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(duì)Marbling的仿真是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域中藝術(shù)模擬的一大組成部分。計(jì)算機(jī)仿真Marbling的研究對(duì)傳播、繼承和保護(hù)古老文明，弘揚(yáng)傳統(tǒng)藝術(shù)有著重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用價(jià)值。本文主要研究計(jì)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(jì)算的Mar

2、bling圖案設(shè)計(jì)。論文的主要研究成果包括:
　　1.提出了一個(gè)快速、精確的Marbling仿真方法。該方法基于二維流體動(dòng)力學(xué)仿真。首先，在時(shí)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(chǎng)。然后，對(duì)密度場(chǎng)進(jìn)行對(duì)流得到可視的Marbling圖案。我們采用三階穩(wěn)定的USCIP對(duì)流模式和簡(jiǎn)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(tái)求解復(fù)雜的流體方程，為用戶提供了一個(gè)設(shè)計(jì)Marb

3、ling圖案的實(shí)時(shí)交互環(huán)境。
　　2.提出了一個(gè)實(shí)時(shí)自動(dòng)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(duì)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(gè)光滑、連貫的特征流場(chǎng)。最后，將獲得的特征流場(chǎng)作為Navier-Stokes方程的力場(chǎng)，從而驅(qū)動(dòng)圖像進(jìn)行流動(dòng)并變形。由于圖像沿著自身的特征流場(chǎng)進(jìn)行流動(dòng)，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(duì)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(gè)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(duì)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(diǎn)，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(chǎng)景裝飾、三維模型高清細(xì)節(jié)繪制、圖像編輯