专利名称：书法特定风格渲染的方法
技术领域：
本发明涉及计算机数字书法生成，尤其涉及一种书法特定风格渲染的方法。
背景技术：
计算机快速发展和普及的今天，为了书法艺术更广泛的应用于日常生活，数字化 书法创作应运而生。毛笔字形态变化丰富，视觉表现力强，是研究的热点。《计算机图形与应用》杂志1999年(IEEE Computer Graphics and Applications (S0272-1716)，1999，19 (3) :74_81)公布的一种虚拟毛笔方法中引入弹性力 学理论，将弹簧的物理性质运用于笔毛的形变，考虑毛笔按压之时的笔毫位置和方向的变 化，构建了毛笔的三维模型。《计算机与图形》杂志2000年(Computer and Graphics, 2000, 24(1) 99-113)公布的方法中用简单的用三维倒圆锥模型建模毛笔，将笔画视为一系列密 集椭圆的叠加，椭圆主轴随毛笔运动而旋转，能够表现笔触的轮廓，但无法表现毛笔书写 过程中侧锋中锋等诸多重要技巧。《计算机图形论坛》杂志2002年(Computer Graphics Forum(S0167-7055), 2002, 21 (3) =299-308)公布的虚拟毛笔建模方法运用广义扫成法构 建“书写元”实体模型，并引进机器学习系统，模拟出逼真的书画效果，但计算过于复杂。 SIGGRAPH 2004年(SIGGRAPH 2004. USA ACM Press 2004)公布的方法中认为笔毛的整体 运动对个体具有很大影响，提出了参数化毛笔模型(PHB)，抛开一些琐碎的细节，简化了模 型，取得很好的艺术效果。2004年《计算机图形与应用》(IEEE Computer Graphics and Applications (S0272-1716), 2004,10 :76_85)公布的虚拟毛笔模型中包含毛笔的几何模 型和动态模型，并在真实毛笔上安装硬件设备(Ultrasound Buzzer和Gyroscope)来感知 毛笔的三维空间位置和毛笔形态，需要而外的硬件支持并且使用起来并不是很自然。2004 年(Proceedings of the 2006 IEEE International Conference on Multimedia and Expo, Toronto, 2006 =2073-2076)公布的方法在毛笔字骨架提取的基础之上实现了一个基 于web的3D中国书法重现系统，较好的重现地了毛笔的书写过程，但用户不能根据需要书 写。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有方法不忠实于用户手写输入，没能充分展现某种 特定书法风格的特性等缺点，提供一种实时性强、具有特定书法风格的书法字渲染方法。书法特定风格渲染的方法包括以下步骤1)选择一个碑帖作为范本，在要抽取的笔画上面选取若干个点作为贝塞尔曲线的 端点，指定每一段贝塞尔曲线的阶数，调整贝塞尔曲线控制点的位置，使这些贝塞尔曲线组 成的闭合曲线与笔画轮廓重合，用贝塞尔曲线指定笔画的骨架，每个标准笔画最终由轮廓 控制点和骨架表示，将标准笔画按汉字笔画类型类组成标准笔画库；2)根据笔画的转折情况将笔画库中的标准笔画进行分段，没有转折的为一段笔 画，有一个转折的为两段笔画，有两个转折的为三段笔画，将相同笔画段数的笔画归为一
5类，构建笔画索引；3)构建包含汉字常用的偏旁部首的偏旁部首索引，手动为偏旁部首索引中的每一 偏旁部首的每一个笔画从步骤1)中的标准笔画库中选择笔画；4)使用九宫格为汉字的每个基本笔画设置判定的法则，实时捕获记录书写笔画， 识别笔画的基本类型；5)构建偏旁部首过滤器，从手写输入笔画序列中查找出偏旁部首，再通过步骤3) 中的偏旁部首索引从步骤1)的标准笔画库中找出相应的标准渲染笔画；6)将找出的标准笔画根据手写输入笔画的形态进行形变，将整个字的所有形变后 的笔画叠加组合后输出。所述的步骤4)包括将笔画的外包围盒均勻划分为九块，并画出水平和垂直中轴 线，称之为九宫格，用九宫格为汉字中的每一个笔画设置判定的法则，竖折折钩笔画用如下 法则判定 其中Ci表示笔画的端点和转折点，X和Y分别表示转折点的X和Y坐标值，Rij表 示九宫格中的第i行、第j列的格子，实时捕获手写输入，将输入汉字进行笔画分解，高斯平 滑笔画曲线，计算每个点的曲率，设置曲率的阈值，曲率大于阈值的为拐点，根据将手写笔 画分段，依据段数将笔画归类，挨个匹配对应类别的各个基本笔画，找出匹配的笔画类型， 最终为整个输入笔画序列的各个笔画打上类型标签。所述的步骤5)包括构建偏旁部首过滤器，偏旁部首过滤器包含一个偏旁部首列 表，列表将偏旁部首依据笔画数分类，记录每一个偏旁部首由哪一些笔画组成，利用九宫格 为每一个偏旁部首制定判定的法则，草字头判定法则如下
户4日风”代 &队,及
P1 G {i 02'^12}· 其中Pi表示笔画的端点和转折点，X和Y分别表示端点和转折点的X和Y坐标值， Rij表示九宫格中的第i行、第j列的格子，midX表示九宫格的中轴线，偏旁部首过滤器利用 最长匹配原则，从打好标签的手写输入笔画序列中查找出可能的偏旁部首，给定一个序列，先从中查找是否有笔画数为6的偏旁部首，如果没有再查找笔画数为5的偏旁部首，一直到 笔画数为2的偏旁部首，挨个匹配查找偏旁部首，直到找到合适的为止，再通过偏旁部首索 引对应的项，从笔画库中找出相应的标准渲染笔画；剩下的孤立笔画从步骤2)的笔画索引 中挨个检索得到相应的标准渲染笔画。 所述的步骤6)包括步骤5)中取出的标准渲染笔画的骨架有N-I段，包含2个端 点和N-I个拐点(Ctl, C1, ···(；)，将每一段平均分割为10小节，第i段有9个分割点Bi = (Pi,0，Pi,Γ·· Pi,8)，整个骨架的节点序列为 P = (C0, B0, C1, B1,
'CN^IJBMJCN)；步骤 4)将每
一个手写输入笔画依据拐点(C1 对于第i段有9个分割点Bi' Pi nP,- ,1 = P,- ？ P-
)分割成N-I段，将每一小段分割为10段， -P^8')，使得 ICiPiJ = ICi' Pi,/ |，
P,·
，IP1- .rC,·+-, I 一 IP1-C1.
，而(Pi
.Pi,6' MfPi
PM
和
之间的线段平均划分为6段，手写笔画的节点序列为q = (C0' ,B0'，C1'，B/，…CN_/，Bn-/，C/ )；对于标准渲染笔画中的每一个控制点V，运
用公式'计算形变后的位置ν'，f；计算如下
X(V)HV-A+
/ =Σ^4，
A = w,.
P丨V-p.I-^Jl--(ν-.P·}P, = Pi --P”4 = <ii -Σ簡^ Σ9
<1- =■
Wj = 其中丄是-维向量的运算符，(χ,γ) ι= (-y,x)；根据形变后的控制点重新绘
制笔画轮廓并填充轮廓区域，将所有的形变笔画重叠绘制于一张图像上输出。本发明与现有技术相比具有的有益效果1.该方法计算量小、实时性强，能够在手写输入完成时同时输出渲染结果；2.该方法能够较好渲染书法作品，渲染结果具有指定的碑帖的特定风格；3.该方法渲染出的字可以不同尺度的缩放而不会发生大的扭曲和形变。
图1 (a)是传统碑帖中的字的示意图；图1(b)是本发明的用贝塞尔曲线抽取出的轮廓示意图；图1(c)是本发明的笔画骨架示意图；图2(a)是本发明的特殊九宫格示意7
图2(b)是本发明的笔画“竖折折钩”的判定示意图；图2(c)是本发明的草字头的判定示意图；图3是本发明的“万”字的整个渲染流程图；图4(a)是本发明的手写输入示意图；图4(b)是本发明的渲染结果示意图。
具体实施例方式书法特定风格渲染的方法包括以下步骤1)选择一个碑帖作为范本，在要抽取的笔画上面选取若干个点作为贝塞尔曲线的 端点，指定每一段贝塞尔曲线的阶数，调整贝塞尔曲线控制点的位置，使这些贝塞尔曲线组 成的闭合曲线与笔画轮廓重合，用贝塞尔曲线指定笔画的骨架，每个标准笔画最终由轮廓 控制点和骨架表示，将标准笔画按汉字笔画类型类组成标准笔画库；2)根据笔画的转折情况将笔画库中的标准笔画进行分段，没有转折的为一段笔 画，有一个转折的为两段笔画，有两个转折的为三段笔画，将相同笔画段数的笔画归为一 类，构建笔画索引；3)构建包含汉字常用的偏旁部首的偏旁部首索引，手动为偏旁部首索引中的每一 偏旁部首的每一个笔画从步骤1)中的标准笔画库中选择笔画；4)使用九宫格为汉字的每个基本笔画设置判定的法则，实时捕获记录书写笔画， 识别笔画的基本类型；5)构建偏旁部首过滤器，从手写输入笔画序列中查找出偏旁部首，再通过步骤3) 中的偏旁部首索引从步骤1)的标准笔画库中找出相应的标准渲染笔画；6)将找出的标准笔画根据手写输入笔画的形态进行形变，将整个字的所有形变后 的笔画叠加组合后输出。所述的步骤4)包括将笔画的外包围盒均勻划分为九块，并画出水平和垂直中轴 线，称之为九宫格，用九宫格为汉字中的每一个笔画设置判定的法则，竖折折钩笔画用如下 法则判定 其中Ci表示笔画的端点和转折点，X和Y分别表示转折点的X和Y坐标值，Rij表 示九宫格中的第i行、第j列的格子，实时捕获手写输入，将输入汉字进行笔画分解，高斯平 滑笔画曲线，计算每个点的曲率，设置曲率的阈值，曲率大于阈值的为拐点，根据将手写笔 画分段，依据段数将笔画归类，挨个匹配对应类别的各个基本笔画，找出匹配的笔画类型， 最终为整个输入笔画序列的各个笔画打上类型标签。
8旁部首过滤器，偏旁部首过滤器包含一个偏旁部首列 表，列表将偏旁部首依据笔画数分类，记录每一个偏旁部首由哪一些笔画组成，利用九宫格 为每一个偏旁部首制定判定的法则，草字头判定法则如下 P0.X < midX,
P1 e {U}·其中Pi表示笔画的端点和转折点，X和Y分别表示端点和转折点的X和Y坐标值， Rij表示九宫格中的第i行、第j列的格子，midX表示九宫格的中轴线，偏旁部首过滤器利用 最长匹配原则，从打好标签的手写输入笔画序列中查找出可能的偏旁部首，给定一个序列， 先从中查找是否有笔画数为6的偏旁部首，如果没有再查找笔画数为5的偏旁部首，一直到 笔画数为2的偏旁部首，挨个匹配查找偏旁部首，直到找到合适的为止，再通过偏旁部首索 引对应的项，从笔画库中找出相应的标准渲染笔画；剩下的孤立笔画从步骤2)的笔画索引 中挨个检索得到相应的标准渲染笔画。所述的步骤6)包括步骤5)中取出的标准渲染笔画的骨架有N-I段，包含2个端 点和N-I个拐点(Ctl, C1, ···(；)，将每一段平均分割为10小节，第i段有9个分割点Bi = 汜,。斤,广义,8)，整个骨架的节点序列为？= (C0, B0, C1, B1,…Cn-PBn^Cn)；步骤4)将每 一个手写输入笔画依据拐点(C。'，C1,…C/ )分割成N-I段，将每一小段分割为10段， 对于第 i 段有 9 个分割点 Bi' = (Pi,/，Pi,/ -Pi,,‘)，使得 ICiPiJ = ICi' Pi,/ |， ΙΡ ,οΡ ,ιΙ = IPi,0' Pi,/ ,IPiA8I = IPi,/ Pi,8' I，lPi,8ci+1l = IPw' Ci+1'，而(Pi, 2'，...Pi,6' Mfpi,/和Pi,/之间的线段平均划分为6段，手写笔画的节点序列为q = (C0' ,B0'，C1'，B/，…CN_/ ,Bn^1'，C/ )；对于标准渲染笔画中的每一个控制点V，运
用公式νΛν,计算形变后的位置ν'，f；计算如下
9 其中ι是-维向量的运算符，(χ，y) ι= (-y, χ)；根据形变后的控制点重新绘
制笔画轮廓并填充轮廓区域，将所有的形变笔画重叠绘制于一张图像上输出。实施例如附图3和4所示，给出了书法特定风格渲染的实例。下面结合本发明的方法详 细说明该实例实施的具体步骤，如下(1)选用柳公权《玄米塔》碑作为范本，用贝塞尔曲线手动拟合抽取字帖中的笔画 轮廓，在要抽取的笔画上面选取若干个点作为贝塞尔曲线的端点，指定每一段贝塞尔曲线 的阶数，调整贝塞尔曲线控制点的位置，使这些贝塞尔曲线组成的闭合曲线与笔画轮廓重 合，用贝塞尔曲线指定笔画轮廓，每个标准笔画最终由轮廓控制点和骨架表示，将标准笔画 按汉字笔画类型类组成标准笔画库；(2)将步骤(1)得到的笔画库中的笔画根据笔画的转折情况将笔画库中的标准 笔画进行分段，没有转折的为一段笔画，有一个转折的为两段笔画，有两个转折的为三段笔 画，将有相同笔画段数的笔画归为一类，构建笔画索引；(3)构建偏旁部首索引，包含汉字常用的偏旁部首，手动为每一个偏旁部首从步骤 (1)标准笔画库中选择合适的笔画组合用于渲染，将每一个偏旁部首中的每个笔画都映射 到笔画索引中的一项；(4)用九宫格为汉字中的每一个笔画设置判定的法则，实时捕获用户手写输入汉 字“万”，根据输入笔画点的连续性，将汉字“万”进行笔画分解，得到手写输入笔画序列，利 用笔画判定法则识别“万”字各个笔画的类型；(5)构建偏旁部首过滤器，从步骤(4)的笔画序列中查找偏旁部首“草字头”和 “曰”字，再通过步骤(3)中的偏旁部首索引从步骤(1)的标准笔画库中找出相应的标准渲 染笔画，剩下的笔画再从步骤(1)的标准笔画库中找出相应的标准渲染笔画；(6)将步骤5)中找出的标准笔画根据手写输入笔画的形态进行形变，将整个字的 所有形变后的笔画叠加组合后输出。本实例的运行结果在附图4中显示，用户手写输入的是一个笔画粗细一致的硬笔 字，系统将其渲染为具有特定风格的毛笔字；由于笔画库中的标准笔画是从唐代柳公权的《玄米塔碑》中抽取出的，如图1所示，所以渲染出的结构很明显带有“柳体”字的风格特征。
权利要求
一种书法特定风格渲染的方法，其特征在于包括以下步骤1)选择一个碑帖作为范本，在要抽取的笔画上面选取若干个点作为贝塞尔曲线的端点，指定每一段贝塞尔曲线的阶数，调整贝塞尔曲线控制点的位置，使这些贝塞尔曲线组成的闭合曲线与笔画轮廓重合，用贝塞尔曲线指定笔画的骨架，每个标准笔画最终由轮廓控制点和骨架表示，将标准笔画按汉字笔画类型类组成标准笔画库；2)根据笔画的转折情况将笔画库中的标准笔画进行分段，没有转折的为一段笔画，有一个转折的为两段笔画，有两个转折的为三段笔画，将相同笔画段数的笔画归为一类，构建笔画索引；3)构建包含汉字常用的偏旁部首的偏旁部首索引，手动为偏旁部首索引中的每一偏旁部首的每一个笔画从步骤1)中的标准笔画库中选择笔画；4)使用九宫格为汉字的每个基本笔画设置判定的法则，实时捕获记录书写笔画，识别笔画的基本类型；5)构建偏旁部首过滤器，从手写输入笔画序列中查找出偏旁部首，再通过步骤3)中的偏旁部首索引从步骤1)的标准笔画库中找出相应的标准渲染笔画；6)将找出的标准笔画根据手写输入笔画的形态进行形变，将整个字的所有形变后的笔画叠加组合后输出。
2.根据权利要求1所述的一种书法特定风格渲染方法，其特征在于所述的步骤4)包 括将笔画的外包围盒均勻划分为九块，并画出水平和垂直中轴线，称之为九宫格，用九宫 格为汉字中的每一个笔画设置判定的法则，竖折折钩笔画用如下法则判定C| .JC < Cq .-Ar,Cj .X < C*2C^ .X < (22C< C^-^iC0 e {氏(),^oi , ^02 }，C2 E {^02’尺12},-C3 ^ {及20，^21,^22}·其中Ci表示笔画的端点和转折点，X和Y分别表示转折点的X和Y坐标值，Rij表示九宫 格中的第i行、第j列的格子，实时捕获手写输入，将输入汉字进行笔画分解，高斯平滑笔画 曲线，计算每个点的曲率，设置曲率的阈值，曲率大于阈值的为拐点，根据将手写笔画分段， 依据段数将笔画归类，挨个匹配对应类别的各个基本笔画，找出匹配的笔画类型，最终为整 个输入笔画序列的各个笔画打上类型标签。
3.根据权利要求1所述的一种书法特定风格渲染方法，其特征在于所述的步骤5)包 括构建偏旁部首过滤器，偏旁部首过滤器包含一个偏旁部首列表，列表将偏旁部首依据笔 画数分类，记录每一个偏旁部首由哪一些笔画组成，利用九宫格为每一个偏旁部首制定判 定的法则，草字头判定法则如下 P\ e {灭20，及2l}, Pl e {灭10’ 及2。},< P3g{Ru,R21], Zj4 g (U02}, P5 e {R2l,R22), P1 G {^02^12}·其中Pi表示笔画的端点和转折点，X和Y分别表示端点和转折点的X和Y坐标值，Rij 表示九宫格中的第i行、第j列的格子，midX表示九宫格的中轴线，偏旁部首过滤器利用最 长匹配原则，从打好标签的手写输入笔画序列中查找出可能的偏旁部首，给定一个序列，先 从中查找是否有笔画数为6的偏旁部首，如果没有再查找笔画数为5的偏旁部首，一直到笔 画数为2的偏旁部首，挨个匹配查找偏旁部首，直到找到合适的为止，再通过偏旁部首索引 对应的项，从笔画库中找出相应的标准渲染笔画；剩下的孤立笔画从步骤2)的笔画索引中 挨个检索得到相应的标准渲染笔画。
4.根据权利要求1所述的一种书法特定风格渲染方法，其特征在于所述的步骤6)包 括步骤5)中取出的标准渲染笔画的骨架有N-I段，包含2个端点和N-I个拐点(Ctl, C1，… Cn)，将每一段平均分割为10小节，第i段有9个分割点Bi = (Pi,0，Pi^Pii8)，整个骨架的 节点序列为P = (C0, B0, C1, B1,…CV1，Bm, Cn)；步骤4)将每一个手写输入笔画依据拐点 (C0' ,C1'…C/ )分割成N-I段，将每一小段分割为10段，对于第i段有9个分割点Bi' =(Pi,/ ,Pi,/ ...Pi,/ )，使得 ICiPiJ = ICi' PiV , IPii0PiaI = IPi,o' Pi,/ UPi, A8I = IPi,/ PiV ,IPwCwI = IPii8' ci+1'，而(Pi,2'，…Pi,6')将Pia'和Pi,/ 之间的线段平均划分为6段，手写笔画的节点序列为q= (C/ , B0' , C1' , B1'…CV1‘， Bn_/，Cn')；对于标准渲染笔画中的每一个控制点V，运用公SvJ^v'计算形变后的位置 ν'，fr计算如下 其中丄是一个二维向量的运算符，(x，y)i= (_y，x)；根据形变后的控制点重新绘制笔画轮廓并填充轮廓区域，将所有的形变笔画重叠绘制于一张图像上输出。
全文摘要
本发明公开了一种书法特定风格渲染的方法。它是采用贝塞尔曲线从特定的碑帖中抽取笔画，按照汉字笔画类别分类创建笔画库，构建笔画索引和偏旁索引，使用特殊九宫格判定识别手写输入汉字的基本类型，建立偏旁部首过滤器从手写输入笔画序列中查找偏旁部首，从笔画库中取出相应的标准笔画，将标准笔画根据手写输入笔画进行形变，将渲染后的毛笔字输出。本发明可以将手写的硬笔字渲染为具有指定碑帖的风格的毛笔字，计算量小，实时性强，渲染结果具有一定的审美价值。
文档编号G06T11/00GK101916451SQ20101024225
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者俞凯, 吴江琴, 庄越挺, 张振庭 申请人:浙江大学