非真实感绘制技术概述

Piranesi 系统简介
Piranesi系统是Middlesex大学电子工艺中心和Cambridge Piranesi系统是Middlesex大学电子工艺中心和Cambridge 大学建筑系马丁中心CAD实验室在NPR方面的研究成果。 大学建筑系马丁中心CAD实验室在NPR方面的研究成果。 模型的各个多边形投影到屏幕空间后，其各个边及内部区 域用“印记”来绘制。 利用三个通道进行绘制
以输入图像的边界、明暗为线索绘制笔划， 也可以通过用户交互来绘制笔划
各种笔划纹理，每种纹理又分不同的密度级别
小结
前面介绍的都是在图像空间中的操作 主要是模拟艺术品的特点或艺术家的行为 人的干预与指导是必要的
画面的布局、轻重 创意
接下来看看基于物体空间的NPR技术 接下来看看基于物体空间的NPR技术
一系列点的Voronoi图
均匀化
NPR技术之四 NPR技术之四
Aaron Hertzmann 1998 模拟画家的多遍绘制法，由粗到细进行绘制，曲线笔划
笔划宽度8
笔划宽度4
笔划宽度2
参考图
多层绘制结果
不同的笔划表现不同的绘制风格
Impressionist
Expressionist
Colorist wash
模拟物理世界 客观 模拟物理过程 精确 相同的细节等级， 无法避免细节信息
NPR的实用产品 NPR的实用产品
一些图像软件中的笔划和处理功能
Photoshop，CoreDraw等 Photoshop，CoreDraw等
Piranesi 神笔马良 (中科院软件所人机交互实验室) 中科院软件所人机交互实验室) 游戏 其它…… 其它……
基于物体空间的NPR技术 基于物体空间的NPR技术
人对三维物体形状的感知与表达
Silhouette, contour, ridge, vally勾勒出物体形状 vally勾勒出物体形状 主曲率方向对表达光滑曲面的形状具用重要作用
Silhouette, ridge和vally线
曲面的主曲率方向
第一主曲率方向 与第二主曲率方向 曲面物体
小学生作品 达芬奇：百合花 雷诺阿：音乐课 余知辛作品
凡高自画像
列宾：芬兰湾风光
石奇：湖边小曲
张大千：山水
谢谢！
Any Question?
NPR技术在别的方面的应用 NPR技术在别的方面的应用
工程、医学
工程零件图
医学示意图
NPR技术之十五 NPR技术之十五
Amy Gooch1998, Technical illustration 黑色轮廓线，白色高光，减少其余部分的颜色变化范围
非金属物质
金属物质
真实感绘制结果
wenku.baidu.com
Gooch方法的绘制结果
随机方向
竖直方向
Ti
T2
NPR技术之七 NPR技术之七
Georges Winkenbach 1994, Pen-and-ink rendering Pen-and输入一个三维模型，自动绘制出此模型的钢笔画效果 根据视线方向、光照亮度等决定边界线及笔划纹理的画法
视线不同，边界线也不同
用户指定细节部分
Robert D. Kalnins2002, WYSIWYG NPR 用户直接在模型上进行设计
原模型
设置背景纸
画轮廓边
贴图
涂鸦
小结
以人对三维物体形状的感觉为基础 主要表达线条画等简洁的艺术品 下面介绍能够产生艺术色彩的NPR技术 下面介绍能够产生艺术色彩的NPR技术
自动学习艺术风格 利用纹理
NPR技术之十三 NPR技术之十三
Aaron Hertzmann 2001, Image analogies 借用了纹理合成的技术 A : A’ :: B ---B’
A’
B B’
NPR技术之十四 NPR技术之十四
PeterPeter-Pike J. Sloan, Lit sphere方法 sphere方法 用户提供一个“光球”，按此光球的光效果来绘制模型
NPR技术之一 NPR技术之一
Tunde Cockshott 1991---粘湿的画笔模型 1991---粘湿的画笔模型 模拟了画笔在画布上移动时，画笔颜料的 洇渗，流动，滴落，混合等效果。
NPR技术之二 NPR技术之二
Paul E. Haeberli 1990
NPR技术之三 NPR技术之三
Alejo Hausner2001, Adrian Secord2002等 Secord2002等 利用Voronoi图技术划分点区域，然后用Lloyd算法进行均 利用Voronoi图技术划分点区域，然后用Lloyd算法进行均 匀化
没有指定细节 的部分就略画
NPR技术之八 NPR技术之八
Lee Markosian1997，基于轮廓边的表达 Markosian1997，基于轮廓边的表达 不同风格的笔划将产生不同风格的作品 研究集中于如何计算轮廓边以及哪些轮廓边需要画
程序演示
NPR技术之九 NPR技术之九
Ahna Girshick2000, A Hertzmann2000, 基于 主曲率方向的表达
NPR技术之五 NPR技术之五
Aaron Hertzmann 2001 用户指定细节区
NPR技术之六 NPR技术之六
M.P Salisbury1994, Pen-and-ink rendering Pen-and研究了钢笔画的一些规则
笔划的特点 Tone和texture的特点 Tone和texture的特点 边界线的特点
1. 模型的图像
2. 深度通道
3. material通道
Piranesi系统的绘制效果图 Piranesi系统的绘制效果图
总结与展望
效果比技术更重要 开放性的研究方式
没有固定的研究路线和体系
与别的技术相结合，或应用于新的领域可 产生新的研究方向 远没有达到目标，仍然是热点 国内的研究
目前的效果距离人类真正的艺术还有很大距离
列宾：芬兰湾风光
石奇：湖边小曲
张大千：山水
真实感的绘画作品
“音乐课”----Vermeer作于17世纪
计算机非真实感绘制技术---Non计算机非真实感绘制技术---Non-photorealistic Rendering (NPR) 计算机非真实感绘制技术的产生(Siggraph90) 计算机非真实感绘制技术的产生(Siggraph90) 非真实感绘制技术的目标? 非真实感绘制技术的目标? 伪造艺术品？ 利用计算机绘制有艺术美感的作品 揭示艺术品内在的美感规则 创造出前所未有的表现丰富内涵的作品
NPR技术之十 NPR技术之十
Matthew Kaplan2000, Geograftal方法 Geograftal方法 在模型表面生长几何元素
基本的几何元素
NPR技术之十一 NPR技术之十一
Takeo Igarashi 1999, 有趣的卡通建模方法
程序演示
NPR技术之十二 NPR技术之十二
NPR技术之十六 NPR技术之十六
David S. Ebert2001, Medical illustration
真实感与非真实感绘制技术的对比
真实感绘制 非真实感绘制
模拟艺术家的风格 主观 研究艺术品特点， 研究人类的感知， 模拟艺术家的创作 近似 可以突出表达重点 部分
基本趋向 评价方式 基本方法 准确性 细节水平
计算机图形学与艺术的结合
----非真实感绘制技术概述 ----非真实感绘制技术概述
杨刚
中科院软件所计算机科学重点实验室 2004.6.18
真实感与非真实感
人类绘制艺术史上的真实感与非真实感 计算机图形学中的真实感与非真实感
人类的绘画艺术品
小学生作品 达芬奇：百合花 雷诺阿：音乐课 余知辛作品
凡高自画像