专利名称：建立油画笔刷样本库的方法
技术领域：
本发明涉及基于计算机绘制油画的技术领域，具体涉及基于计算机油画非真实感
绘制的笔触模拟方法，特别是建立基于计算机的油画笔刷样本库的方法。
背景技术：
油画模拟是非真实感绘制模拟技术的一种风格。非真实感绘制模拟技术的艺术风格包括素描、水彩画、油画、国画、钢笔淡彩等等。当前大部分的已有研究主要针对艺术风格化材质模型的模拟，主要包括各种笔触、纸张的物理模型以及模拟笔触和纸张的相互作用，例如铅笔模型和毛笔模型已经成功应用于素描、国画以及水彩画，并取得了较好的模拟效果。
目前基于计算机的非真实感绘制的笔触模拟方法可大致分为两大类 第一类是基于物理参数模型的笔触模拟方法，模拟效果较好的物理模型包括钢笔
淡彩笔模型、铅笔模型和水彩笔模型等，这些物理模拟笔触在绘制过程中能逼真渲染出对
应风格的效果。 第二类是基于样本纹理映射模型的笔触模拟方法，主要是国画毛笔模型以及骨架笔触模型，其中国画笔模型建立了一个基于样本的笔触库，能逼真的反映国画笔触的形状、颜色和纹理特征，能在计算机中真实的反映国画效果。 在目前各种风格的笔触模型中，油画风格笔触的模拟难度相对最大，原因有三点第一是油画笔触模型不仅仅包含颜色纹理和形状信息，还有一个高度信息(主要表达油画笔画的厚度信息)；第二油水混合的物理过程相对比较复杂，而且油画笔刷之间的颜料厚度和颜色融合比水彩笔模型相对复杂很多；第三是画笔触种类繁多，包括薄涂、厚涂、干擦、散涂、罩染、刀刮等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种建立油画笔刷样本库的方法，该方法提供的油画笔刷样本库以模拟油画风格，从而提高数字模拟油画的真实感。
本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为
建立油画笔刷样本库的方法，它包括以下步骤 步骤(1)、扫描油画特征笔刷绘制的图画并将得到的图像输入计算机； 步骤(2)、计算机对输入图像进行处理的步骤，它包括 A、得到不透明度图和颜料厚度图的步骤，具体为 步骤(A-l)、对输入图像进行处理，得到不透明度图的步骤； 步骤(A-2)、计算的步骤 H(x，y) = exp (-Alpha (x， y)純)； 公式中0 < K < 1 ;Alpha(x，y)为步骤(A-1)得到不透明度图中各像素(x，y)的亮度值；
以得到的H(x， y)为各像素的亮度值组成颜料厚度图；
步骤(3)、建立油画笔刷样本库的步骤； 油画笔刷样本库中的各油画笔刷样本的存储结构表中至少包括输入的图像、该 图像的不透明度图、该图像的颜料厚度图。
上述方案中，步骤(2)还包括
B、得到二值图的步骤； 步骤(3)中，油画笔刷样本库中的各油画笔刷样本的存储结构表中还包括该图像 得到的二值图。 上述方案中，所述油画特征笔刷绘制的图画至少包括点状笔刷图画、线状笔刷图 画、块状笔刷图画和纹理笔刷图画。
本发明的优点在于 1、由于本发明方法建立的油画笔刷样本库中包括由高度场H(x， y)为各像素的亮 度值组成颜料厚度图和不透明度图，调用油画笔刷样本库模拟出的油画，其油画风格真实 感大大提高。 2、扫描笔刷的颜色图，目的是不失真的存贮刷子的颜色信息，以便于在调用油画
笔刷样本库过程中，能够根据这些颜色信息重新生成一个具有新颜色的笔刷； 笔刷的不透明图像，该属性能够使得刷子之间具有较好的融合度； 笔刷的颜料高度图，能逼真的模拟实际笔刷的高度，在光照情况下能够反映出刷
子的立体效果； 笔刷的二值图，目的是存贮刷子的形状信息。 调用本发明方法建立的油画笔刷样本库时，操作者可根据不同物体采用的不同笔 触在计算机上进行绘制油画，绘制的过程中还可以对油画笔刷样本库中的一些参数进行修 改，模拟出的更具油画风格的笔触。
图1为本发明方法实施例中确定的油画特征笔刷绘制的图画
图2为本发明方法实施例建立的油画笔刷样本库 图3为调用油画笔刷样本库中的颜料高度图模拟出的油画风格的笔触
具体实施例方式
本发明建立油画笔刷样本库的方法实施例，它包括以下步骤 步骤(1)、扫描油画特征笔刷绘制的图画并将得到的图像输入计算机；所述油画 特征笔刷绘制的图画至少包括点状笔刷图画、线状笔刷图画、块状笔刷图画和纹理笔刷图 画。 该步骤首先专业画家在干净白纸上绘制各种形状的油画笔刷，然后从绘制的笔刷 中选取8个油画特征笔刷绘制的图画，根据刷子的形状和纹理把这些图画分成四大类点 状刷子(5个)、线状刷子、块状刷子以及纹理刷子(如图1所示)。
步骤(2)、计算机对输入图像进行处理的步骤，它包括
A、得到不透明度图和颜料厚度图的步骤，具体为
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步骤(A-l)、用Adobe Photoshop对输入图像进行处理，得到不透明度图的步骤； 步骤(A-2)、计算的步骤 H(x，y) = exp (-Alpha (x， y)*K); 公式中0 < K < 1 ;Alpha(x，y)为步骤(A_l)得到不透明度图中各像素(x，y)的 亮度值； 以得到的H(x， y)为各像素的亮度值组成颜料厚度图； B、用Adobe Photoshop对输入图像进行处理，得到二值图的步骤； 步骤(3)、建立油画笔刷样本库的步骤； 油画笔刷样本库中的各油画笔刷样本的存储结构表中至少包括输入的图像、该 图像的不透明度图、该图像的颜料厚度图、该图像得到的二值图。 如图2所示的油画笔刷样本库，它包括8个油画特征笔刷绘制的图画样本(上面 的5个为点状刷子样本，下面的3个从左到右分别为线状刷子样本、块状刷子样本以及纹 理刷子样本)，各样本从上到下分别为输入的图像、该图像的不透明度图、该图像的颜料 厚度图、该图像得到的二值图。
为了节省存储空间并快速读取油画笔刷样本库，油画笔刷样本库存储格式如下
输入的图像(RGB三个通道)
不透明图(一个通道)
颜料高度图(一个通道)
二值图(一个通道) 这里每个通道的大小相同，共6个通道。另外为了快速绘制油画笔触，在刷子存储 时增加了六个统计信息刷子颜色在La |3空间上三个通道的(T， I， y)和均方差(0l，
0 a， 0 0)o 在实际绘制过程中，油画笔刷样本库中的刷子需要经过颜色变化和高度变换才能 进行绘制，下面分别就刷子颜色变化和高度变化做详细叙述。
刷子颜色变换 在绘制过程中，用户自定义的颜色或者输入图像的颜色作为刷子的颜色，因此需 要把油画笔刷样本库中的颜色图做颜色变换。为了让颜色变化后的笔刷保留刷子原有的纹 理属性，采用下面的基于La |3空间的颜色转化算法来得到绘制时的刷子颜色图。
算法基于La |3空间的颜色转化算法 1)把笔刷颜色图上非白的颜色C = (R， G， B)，从RGB空间转化到L a P空间。
0.38110.57830,0402R
=0.19670.72440.0782G
S0.02410.12880.8444 L = logL
M = logM
S = logS
5<formula>formula see original document page 6</formula> 采用Phong光照模型进行渲染，得到模拟油画笔触高度变化的图像(图3所示)。
Phong光照模型包括漫反射、镜面反射、环境光反射，对于给定刷子的表面高度场H，其光照渲染模型的计算公式如下 斗="+ SZ("L + "R 吼). 其中ka是环境光系数，ia是环境光强度；kd是漫反射系数，id是漫射光强度；ks
<formula>formula see original document page 6</formula>
3)将笔刷的目标颜色C。 = (R。， G。， B。)也从RGB空间转化到La |3空间(L。， a
4)计算笔刷每个非白色像素在La |3空间新颜色(L*， a*， 13*)<formula>formula see original document page 6</formula>
u色(L*， a*， IT)从La |3空间转化到RGB空间，得到颜色变化的是镜面反射系数，is是镜面反射光强度；L是入射光角度R是反射光角度，V是眼睛在该位
置的观测角度；以上参数均可以修改，N是刷子表面高度H(x，y)的法向。 采用Phong光照模型进行渲染后，得到的图画如图3所示，图3中的左边的图为调
用油画笔刷样本库中的颜料高度图，右边的图为模拟出的油画风格的笔触图。
权利要求
建立油画笔刷样本库的方法，其特征在于它包括以下步骤步骤(1)、扫描油画特征笔刷绘制的图画并将得到的图像输入计算机；步骤(2)、计算机对输入图像进行处理的步骤，它包括A、得到不透明度图和颜料厚度图的步骤，具体为步骤(A-1)、对输入图像进行处理，得到不透明度图的步骤；步骤(A-2)、计算的步骤H(x，y)＝exp(-Alpha(x，y)*K)；公式中0＜K＜1；Alpha(x，y)为步骤(A-1)得到不透明度图中各像素(x，y)的亮度值；以得到的H(x，y)为各像素的亮度值组成颜料厚度图；步骤(3)、建立油画笔刷样本库的步骤；油画笔刷样本库中的各油画笔刷样本的存储结构表中至少包括输入的图像、该图像的不透明度图、该图像的颜料厚度图。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)还包括B、 得到二值图的步骤；步骤(3)中，油画笔刷样本库中的各油画笔刷样本的存储结构表中还包括该图像得到 的二值图。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述油画特征笔刷绘制的图画至少包 括点状笔刷图画、线状笔刷图画、块状笔刷图画和纹理笔刷图画。
全文摘要
本发明涉及建立油画笔刷样本库的方法，它包括以下步骤步骤(1)、扫描油画特征笔刷绘制的图画并将得到的图像输入计算机；步骤(2)、计算机对输入图像进行处理的步骤，它包括A、得到不透明度图和颜料厚度图的步骤；步骤(3)、建立油画笔刷样本库的步骤；油画笔刷样本库中的各油画笔刷样本的存储结构表中至少包括输入的图像、该图像的不透明度图、该图像的颜料厚度图。调用本发明方法建立的油画笔刷样本库模拟出的油画，其油画风格真实感大大提高。
文档编号G06T11/00GK101739701SQ20091027350
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者曾坤, 朱松纯, 赵明天 申请人:湖北莲花山计算机视觉和信息科学研究院