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《南京理工大学》 2007年
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艺术风格图像的非真实感绘制理论与方法研究

钱小燕  
【摘要】: 非真实感绘制(Non-photorealistic Rendering,NPR)是计算机图形学和图像处理中一个崭新的课题,属于计算机艺术的范畴。NPR是计算机科学与艺术的有效融合,以计算机为工具,搭建各种数学模型并设计各种算法,来模拟艺术式的绘制风格。它强调人们的主观感受,而不追求真实感,旨在给人以美的享受。 根据数据源的不同,非真实感绘制技术可分为两类:基于三维观察空间的绘制-绘制3D场景和基于图像空间的绘制-绘制2D图像。本文重点研究基于图像的非真实感绘制的理论和方法,利用模糊数学、统计学、智能体和仿生学的相关理论,分别研究了非真实感绘制中的颜色传输,基于纹理合成的艺术风格传输,和基于画笔的绘制等若干问题。论文的主要成果及其创新点为: (1)提出了基于模糊颜色聚类的自适应颜色传输算法。针对传统颜色传输算法对相似性较差的图像不能成功实现颜色传输的问题,本文将聚类思想引入颜色传输中。首先将源图像和目标图像从RGB空间转换到ιαβ空间,在ιαβ空间对两幅图像进行模糊颜色聚类分析;然后根据目标图像特征属性对每个聚类域计算相应的匹配权值,图像间匹配权值相近的聚类域确定为图像传输的匹配方向;最后建立具有隶属度控制的颜色传输方程,实现了图像间地自适应颜色传输。实验表明,该算法比原有颜色传输算法的传输效果更加和谐、自然。 (2)提出了一种基于样图的快速风格迁移算法。该算法对经典Ashikhmin算法进行改进,利用源图像和目标图像及其低频图像的统计信息,建立了一种新的邻域一致性度量方法。对于重复候选点,以随机生成候选点的方法扩大搜索范围。同时采用双向扫描策略保证风格传输中纹元的视觉完整性。实验证明,改进算法能够快速有效地实现图像间的风格传输。 (3)提出了一种非真实感绘制的多智能体绘制算法。该算法将绘制过程分为三阶段:轮廓绘制、素描绘制和多层涂色,每阶段分别由一类智能体进行模拟绘制。绘制智能体定义为具有一定生命周期、类型标识、特征标志等属性以及一定行为特征的智能体。它们不断与绘制环境交互,由环境局部激励触发它们不同的绘制行为。绘制智能体通过自适应地调整行为,能够搜索到各自的特征像素并进行特征绘制,从而完成各自的绘制任务。实验表明,此算法能够较好地模拟画家创作过程。 (4)提出了一种基于分布均匀度的非真实感蚁群绘制算法。该算法基于仿生学的思想,给出了绘制蚂蚁的概念。绘制蚂蚁被定义为具有信息素、印迹、有限生命周期等属性和记忆、单步行走、绘制印迹、更新信息素、跳跃、死亡等行为特征的智能体。绘制蚂蚁根据路径概率选择最优的绘制路径,并通过不断更新信息素调整单步行走、绘制印迹、跳跃等行为,所有绘制蚂蚁在路径上留下的印迹即为非真实感绘制的结果。为了避免由于绘制蚂蚁单纯按照最大选路概率寻径,而出现轨迹收敛现象,最终导致图像被局部绘制的情况,文中通过信息权重因子动态地调整路径选择概率的均匀度,改善了绘制的效果。实验结果表明,该算法能够比较有效地模拟出手工绘画的效果。 (5)提出了一种自适应流体艺术风格的LIC模拟绘制算法。该算法通过计算源图像亮度分量的切矢量产生图像的结构矢量场,并对弱矢量区域进行邻域填充处理,获得LIC绘制所需的结构矢量场;然后,根据结构矢量场的局部曲率特征调整LIC的积分步长,并根据纹理参考图像的局部统计特征,自适应地改变LIC的积分长度;最后,将颜色传输算法引入LIC绘制结果,对绘制效果颜色进行渲染。实验表明,该算法能够较好地模拟诸如梵高画的流体艺术风格,呈现生动、灵活的波动感。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
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1 李智慧;范铁生;唐春鸽;刘磊;;具有层次素描纹理的素描画绘制方法[J];计算机应用;2012年10期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 钱文华;基于纹理的非真实感绘制技术研究[D];云南大学;2010年
2 杨冰;基于艺术风格的绘画图像分类研究[D];浙江大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 孙丹丹;基于图像的铅笔画仿真方法研究[D];辽宁师范大学;2010年
2 韩波;非真实感绘制中的颜色传输算法研究[D];西安科技大学;2011年
3 王文敬;视频图像艺术化处理的研究与实现[D];电子科技大学;2010年
4 李智慧;基于图像的非真实感绘制[D];辽宁大学;2012年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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5 陈涛;陈森发;姚天行;宋跃武;;智能引导与智能控制的协同[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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7 陈惠荣;魏涛;姜林君;王莉莉;;基于VRML的三维地形显示技术[A];第二十一届海洋测绘综合性学术研讨会论文集[C];2009年
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9 刘刚;梁晓庚;;基于SIMD硬件指令加速的并行光线跟踪算法[A];第十届中国科协年会论文集(一)[C];2008年
10 刘霆;;真空吸尘器Agent的JAVA实现[A];第三届全国软件测试会议与移动计算、栅格、智能化高级论坛论文集[C];2009年
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1 杨长强;激光扫描仪检校及车载激光点云的分类与矢量化研究[D];山东科技大学;2010年
2 肖毅;体育赛事背景广告曝光参数虚拟预测研究[D];上海体育学院;2010年
3 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 陈得宇;基于MAS的智能电压控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 赵猛;大屏幕多人沉浸式立体显示系统[D];大连海事大学;2010年
6 陈飞;基于Agent船载危险品应急管理资源协同分配机制研究[D];大连海事大学;2010年
7 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
8 曲建华;基于群体智能的聚类分析[D];山东师范大学;2010年
9 孙贤斌;三维信息获取技术中定标与图形包含问题的研究[D];华中科技大学;2010年
10 朱少敏;多媒体数字水印若干关键算法研究[D];中国电力科学研究院;2010年
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1 李颖;用蚁群算法求解最小极大流问题[D];河南理工大学;2010年
2 岳广飞;基于二次搜索的搜索引擎技术研究[D];山东科技大学;2010年
3 蒲锰;非侵入式矿井提升机PLC电控系统实时故障诊断方法的研究[D];山东科技大学;2010年
4 杨俊杰;开源虚拟引擎三维地形环境拓展研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
5 张竑;数字媒体时代的三维动画变革研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
6 刘军;数字电视存在问题的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
7 杨莹;草书及行书“飞白”效果的仿真研究[D];辽宁师范大学;2010年
8 曹国惠;基于MRF的快速纹理合成处理方法及应用研究[D];浙江理工大学;2010年
9 邵晓路;蚁群群体智能网络可视化试验平台研制[D];浙江理工大学;2010年
10 郑容;排料CAD技术对比分析与小衣片自动插入技术研究[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 苏延辉;韦欢;费广正;石民勇;;非真实感绘制技术研究[J];中国传媒大学学报(自然科学版);2006年02期
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10 梁光明,孙即祥,马琦,姚春光;Otsu算法在Canny算子中的应用[J];国防科技大学学报;2003年05期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 黄国祥;RGB颜色空间及其应用研究[D];中南大学;2002年
2 郭延文;纹理映射、合成与替换算法研究[D];浙江大学;2006年
3 王会芹;基于图像的非真实感绘制技术的研究[D];东华大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘春阁;基于Hough变换的直线提取与匹配[D];辽宁工程技术大学;2009年
2 卢寅;基于语义的图像分类方法研究[D];华南理工大学;2011年
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10 吴灵均;非真实感图像绘制中若干算法研究[D];南京理工大学;2005年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 赵文莉;基于分割的非真实感绘制技术研究[D];山东师范大学;2011年
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5 赵思慧;基于相似性度量的图像与视频颜色迁移算法的系统开发[D];杭州电子科技大学;2012年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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1 臧超;唐棣;;应用遗传算法仿真墨扩散轮廓[J];计算机应用与软件;2009年02期
2 钱小燕;肖亮;吴慧中;;一种流体艺术风格的自适应LIC绘制方法[J];计算机研究与发展;2007年09期
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9 吴丽平;贾静蕾;董津生;刘丽;;基于纹理合成的数字图像修复方法[A];2009通信理论与技术新发展——第十四届全国青年通信学术会议论文集[C];2009年
10 李晓燕;叶龙;王京玲;;基于马尔可夫随机场的纹理合成[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 钱小燕;艺术风格图像的非真实感绘制理论与方法研究[D];南京理工大学;2007年
2 钱文华;基于纹理的非真实感绘制技术研究[D];云南大学;2010年
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4 韩钰;基于纹理合成的图像编码算法[D];北京邮电大学;2011年
5 朱为;基于纹理合成的数字图像修补技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 普园媛;云南重彩画艺术风格的数字模拟及合成技术研究[D];云南大学;2010年
7 郭延文;纹理映射、合成与替换算法研究[D];浙江大学;2006年
8 徐舒畅;基于色素分离的皮肤图像处理与分析[D];浙江大学;2007年
9 孙美君;中国水墨画的设色扩散与风格化绘制研究[D];天津大学;2009年
10 霍星;数字视频、图像修复中的若干方法研究[D];合肥工业大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 沈强;基于结构性信息的纹理合成及其应用[D];浙江大学;2005年
2 陈韶椿;基于GPU的实时大理石纹理仿真[D];浙江大学;2006年
3 陈会秋;基于模拟退火算法的Wang-Tile纹理合成优化技术[D];山东大学;2010年
4 李辉;基于纹理合成的数字图像修复算法研究[D];信阳师范学院;2010年
5 曹国惠;基于MRF的快速纹理合成处理方法及应用研究[D];浙江理工大学;2010年
6 张小蓉;转台图像序列多分辨率纹理合成算法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 李大锦;国画山水的计算机绘制技术研究[D];中国传媒大学;2007年
8 戴磊;基于纹理合成的图像复原算法研究[D];浙江大学;2005年
9 庞向斌;基于分形几何和纹理合成的图案设计技术[D];浙江大学;2006年
10 王元龙;纹理生成映射技术的研究及应用[D];太原科技大学;2010年
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