计算机生成剪纸风格动画背景 56页

密级沁乒"次掌硕士学位论文论文题目计算机生成剪纸风格动画背景从二二终彻卜寿挂份内卜一产曰又上仁日刁尸刁指一导教师于金辉研究员学科专业计算机应用技术片件一六一竺乡叹食之丰沪的`士日越乡犷狡刀工于,夕曰夕千似刁一夕匕提交日期牛 ADissertationSubmittedtoZhejiangUn1versityfortheDegreeofMa5terofEngineeringTITLE:ComPuterGenerationofAn1mat1onBaekgroundwiththeAuthor:SlPerVISOr:Prof.下 浙江人学了吹卜学位论文摘要摘要鉴于制作手工剪纸动画背景效率低、耗资大的问题,本文提出了一个计算机生成剪纸风格动画背景的方法。首先对构成手工剪纸动画背景的剪纸图案进行分类,包括种类繁多的树、花、草、山石、建筑等。其中树的结构相对最为复杂,种类也最为繁多。典型的包括松树、竹子、棕搁树、柳树、椰子树等等。其次用计算机方法生成这些剪纸图案模型。我们建立了一些剪纸图案库,用户创作时,可通过设定高度、宽度、倾角等参数来指定剪纸图案的各项属性,也可以从我们精心设计的剪纸图案库中直接读入设定好参数的相应剪纸图案。鉴于剪纸图案之间的相互覆盖会严重影响其美观,我们在系统中加入了相交判断系统来减少剪纸图案之间的相互覆盖问题。同时我们也加入了鼠标交互系统,一方面能让用户自己通过鼠标拖拽避免剪纸图案之间的相交,另一方面极大的方便了用户的创作,且加大了创作的灵活性。利用鼠标交互系统,用户可以轻松的按照意愿改变剪纸图案的形状、大小、坐标等属性。通过将各类剪纸图案放入不同的位置,便可组合出一幅幅完全不一样的剪纸动画背景图。用户利用此系统创作的作品,可以随时保存在用户作品库中,以便下次直接导入。最后,我们加入了简单的动画,可使背景图中大部分剪纸图案随风摆动或者停止摆动。我们通过双缓冲技术解决了播放动画时的闪烁问题。关键词剪纸,背景,图案,动画,模型,交互 浙江人学硕卜学位论文一·一一一一,,,,,,,,,,,,,一一,,,叩一一,一一,,,一一,一·,一一叩,,,,, 浙江人学硕卜学位论文目录……图目录……,……第章绪论……课题背景……国内外研究现状……非真实感绘制和非真实感动画……剪纸风景……论文研究内容……论文结构组织……本章小结……第章剪纸风格动画背景模型……引一言……松树模型……松树树干模型……,……松树树枝模型……迎客松果实模型……,……柳树模型……柳树树干模型……柳树树枝模型……柳树柳条模型……椰子树模型……椰子树树干模型……椰子树树叶模型……椰子树椰果模型……竹子模型……,……竹子主干模型……,……竹子竹枝模型……竹子竹叶模型……棕搁树模型……棕搁树树干模型……棕搁树树枝模型……,,……棕桐树树叶模型……雪松模型……雪松树干模型……,……雪松树枝模型……戈 浙江人学硕学位论文日录麦子模型……麦子麦秆模型……麦子结果示例……本章小结……第章剪纸风格背景生成系统框架……引言……系统结构……,……绘制功能模块……,……动画闪烁现象及其解决办法……,…绘制模块……本章小结……第章剪纸风格动画背景生成系统功能介绍和实现……剪纸树控制面板……,……迎客松控制面板……竹子控制面板……其他控制面板功能与实现……显示隐藏控制点按钮……绘制……鼠标交互系统功能与实现……编辑剪纸图案的形状……调整剪纸图案坐标和大小……动画控制面板功能介绍……剪纸动画背景图结果示例……本章小结…,……第章工作总结及展望……本文完成的主要研究工作……本文的主要贡献以及创新点……进一步的研究工作……参考文献…… 浙江人学硕卜学位论文图目录图目录图手工剪纸作品中的松树……图决定树干形状的控制点……图松树树干的轮廓,图树干中的白色花纹……图松树树枝的结构……图松果模型……图我们生成的松树……图手工剪纸作品中的松树……图柳树树干的轮廓图柳树树枝结构……图柳条结构,图柳叶模型……图计算机生成的柳树……图手工剪纸中的椰子树……图巧椰子树树干,图柳树树干的轮廓……图椰子树叶结构,图椰果结构……图计算机生成的椰子树……图手工剪纸作品中的竹子……,……图竹竿,图竹叶……图计算机生成的剪纸竹……图手工剪纸作品中的棕搁树……图棕搁树树干结构,图棕桐树树叶结构……图我们生成的棕搁树……图手工剪纸的雪松……图雪松树枝结构,图我们的方法生成的雪松……图手工剪纸作品中的麦子……图麦秆结构……图我们生成的麦子……图剪纸风格动画背景生成系统框架……图系统界面图……图迎客松控制面板……图对树干使用不同的花纹……图竹子控制面板……图不同的棵数设置结果……图其他控制面板……图显示控制点的松树,经过调控后的松树……图手工左与计算机右生成的剪纸竹子对比……图用本系统创作的剪纸背景图……图用本系统创作的剪纸背景图……,…… 浙江大学硕学位论文图目录图用本系统创作的剪纸背景图…… 浙江人学硕卜学位论文第章绪论第章绪论课题背景剪纸是一种镂空艺术,也是我国最富有特色的民间美术形式之一,至今己有三千年的历史。剪纸艺术在视觉上给人以透空的感觉和艺术享受,因此常用于节庆假日的环境修饰。因其材料易得、成本低廉、适应面广、样式美观、千姿百态、形象生动而广受欢迎。民间剪纸艺术是中国本源哲学的体现,她在表现形式上有着全面、美化和吉祥的特征。同时,民间剪纸用自己特殊的表现语言,传达出中华传统文化的内涵和本质。剪纸并非用机器而是用手工做成的,常用的方法一般有两种即剪刀剪和刀剪。顾名思义,剪刀剪就是借助于剪刀对各个剪纸图案进行分别加工,剪完之后再将几张剪纸粘贴起来,形成一整幅剪纸图,最后再利用锋利的剪刀对图案进行加工。而刀剪则是先把纸张对折数次,放在由动物脂肪和灰组成的松软的混和体上,然后用小刀刻划进行加工。剪纸艺术家一般是竖直握刀,根据指定的模型将纸加工成所需的图案。与剪刀剪相比,刀剪的一个最大的优势就是一次加工可以完成多个剪纸图案。剪纸动画片是将中国民间的剪纸艺术运用到动画片设计制作的一种中国特有的动画片类型。中国的动画艺术家在上世纪年代末就开始尝试制作剪纸风格的动画片,并取得了巨大的成功。剪纸动画与水墨动画在国际动画节中一起被誉为中国学派。然而不管是利用剪刀剪还是刀剪,手工制作剪纸动画片,效率极其低下,而且成本极高,制作周期太长,因此,我国己有多年没有生产剪纸动画片。随着计算机动画技术的飞速发展,利用计算机生成剪纸动画,可以大大的降低剪纸动画的制作成本,提高剪纸动画的制作效率。一些国内外学者开始对计算机生成剪纸动画产生了浓厚的兴趣,并取得了不少研究成果。 浙江人学硕学位论文第章绪论国内外研究现状非真实感绘制和非真实感动画非真实感绘制困一伽是计算机图形学的一个分支,主要用于模拟艺术式的绘制风格,也用于发展新的绘制风格。与传统意义上追求真实感的计算机图形学不同的是,受到油画,素描和动画卡通等的影响。己经以“卡通造影”的形式出现在了影视和游戏当中。非真实感绘制相关最早的文献出现在上世纪八十年代的早期论文中,如"一和“。一年傲,和比在会议上发表了两篇极具影响力的文章。到年,随着诸如,、欣比比「,等几篇论文在歹会议上的发表,和等在会议上的发表,这一新的领域才逐渐受到关注。直到年决定将非真实感绘制作为一个独立的类别,此后非真实感绘制技术便进入了一个稳步且快速发展的时期。目前国内外关于非真实感绘制技术的文献越来越多,其中较为典型的包括两个类别,第一类诸如钢笔画、铅笔画、油画,、水粉”、水彩"、水墨画"另一类则不是生成传统意义上的绘画风格,但看起来仍然像是手工绘画的一些效果【""】,更多的非真实感绘制技术方面的文献可在""”中看到。非真实感图形学的一个重要的应用就是非真实感动画。年第一届一会议在法国举行,呼吁对非真实感动画的研究与开发工作给予更多的重视与投入。非真实感动画伽一,队目的在于模拟手工绘画的动画。目前已有各种不同风格的非真实感动画出现,如实现的油画效果的、实现的漫画效果的,实现的钢笔画效果的"、于金辉实现的中国画效果的。非真实感绘制和非真实感动画技术近十余年发展尤其迅速,它们为计算机生成剪纸动画带来了希望。研究旨在把各种几何物体绘制成不同于照片真实感 浙江大学硕士学位论文第章绪论的独特效果,非真实感动画在一定程度上可以涵盖非真实感绘制的意义,但它还有其独立的非真实感动态控制元素。剪纸风景近几年一些学者开始对计算机生成剪纸效果感兴趣。张显权等以手工剪纸动物为对象,分解出构成剪纸的纹样,然后用计算机方法构成动物剪纸纹样库。等】通过分析手工经多次对折之后剪出的圆形剪纸图案,再将之分解成若干扇形,然后合成新的对称式的剪纸图案。等构造了一个系统用于生成三维剪纸效果。通过此系统,他们把一些矢量化的剪纸纹样模型贴到三维模型上,然后在模型表面镂空这些纹样,形成三维剪纸效果。再利用骨架驱动技术,使得带有各种镂空剪纸纹样的三维模型人物或动物运动起来。等使用图像合成来生成剪纸风格的效果。涂传鹏等对手工剪纸中的流水纹样进行分类与建模,在生成流水动画时对各种波纹在时空上进行有机组合,最后生成涟漪、缓流和激流等流畅的剪纸风格流水动画。论文研究内容随着信息技术的飞速发展,计算机已逐渐成为当代最便捷,最实用且应用最广的工具。本文正是使用计算机这个工具来生成剪纸风格动画背景。首先通过对手工剪纸动画片大量进行截图,对构成其截图的各种剪纸背景图案进行分析,再将其细分为树、花、草、山石、房屋等多种类型,而其中尤以树的种类繁多,构造复杂。最典型的包括迎客松、雪松、椰子树、柳树、竹、棕桐树等等。然后根据树的共性,进一步将剪纸树分成树干、树枝、树叶三个部分,依次研究每个部分的生成算法然后根据其个性,以样条插值算法为最核心的算法,来模拟手工剪纸作品中的背景图案。该系统的完成大大简化了手工剪纸动画片中极其费工费时且灵活性差的背景图的生成。用户只需在该系统中输入少量参数以及进行少量的鼠标和键盘交互,就可以得到一幅完整的剪纸风格动画背景图。通过将各类剪纸图案放入不同的位置,并按意愿进行简单调控,便可组合出一幅幅完全不一样的剪纸动画背景 浙江人学硕学位论文第章绪论图。论文结构组织本文总共分为五章,如下所示第一章,主要阐述了剪纸艺术的发展及特点,队领域国内外的研究现状,国内外剪纸方面的研究,动画背景的进展,以及本文的研究内容。第二章主要介绍了七类剪纸图案模型的建模方法与结果示例,分别为剪纸迎客松、雪松、柳树、椰子树、竹、棕搁树和麦子模型。这七种模型只是我们建成剪纸背景图案库中较为典型的几种。本文的第三章,着重于介绍剪纸风格动画背景生成系统的整体结构,外加该系统的框架以及系统的核心功能模块—绘制模块。第四章详细的阐述了剪纸风格动画背景生成系统重要功能及其实现方法,以便用户能快速了解本系统的全貌。第五章是本文工作的总结及展望,总结了本文的研究内容和创新点,并给出了将来可以考虑的几个研究方向。本章小结本章我们首先介绍了剪纸艺术的发展与特点,接着概述了国内外剪纸图案方面的研究现状,然后讨论了我们的研究内容,即用计算机手段来生成剪纸风格动画背景。最后我们简要论述了本文的主要研究内容以及全文的组织结构。 浙江人学硕学位论文第章剪纸风格动画背景模型第章剪纸风格动画背景模型引言通过大量搜集手工剪纸作品,对构成其背景图的各种剪纸图案进行分析,我们将剪纸背景图案细分为树、花、草、山石等四种类型,而其中尤以树的种类最为繁多,构造最为复杂。最典型的包括迎客松、柳树、椰子树、竹、棕搁树、雪松等。我们根据树的共性,进一步将剪纸树分成树干、树枝、树叶三个部分,依次研究每个部分的生成算法然后根据其个性,以样条插值算法为最核心的算法,以与手工剪纸最为相似为目标,研究与此目标最为接近的算法。对于花、草、山石,由于在剪纸动画背景中种类单一,我们只简单的介绍其中的一种,即麦子。我们先详细讨论计算机生成剪纸图案的具体算法,然后给出与手工剪纸相对比的结果示例。松树模型迎客松千姿百态,造型古雅奇特,分为凤凰松、蒲团松、双龙松等十多种。凤凰松其干低矮,平分二权,一枝昂然斜伸,如同凤凰引颈一枝平展四射,好比凤凰开屏。蒲团松其粗矮的主干顶端,枝条团团铺散,构成圆形的平顶树冠,形状如蘑菇,相传僧人常在其顶打盘静坐。而双龙松,二主干盘旋虫曲于悬崖峭壁之上,形似二龙嘻戏于云海松涛之中,甚为壮观。如图中给出的手工剪纸作品所示,迎客松作为我们所建立的剪纸图案库的几十种剪纸图案模型中较为典型的一种,下面我们将首先详细介绍它的建模过程。 浙江大学硕学位论文第章剪纸风格动画背景模型图手工剪纸作品中的松树松树树干模型对于树干,我们首先选取三个初始控制点,分别对应树的顶端,树的底端和树的中心。它们决定了树干的倾角。将他们的横坐标与纵坐标分别依次存储于一个数组中。以这两个数组作为参数进行插值,可以得到一组新的点集合,它们就像骨架一样,决定了树干的大致形状。由于松树的主干一般会带有一些自然的弯曲,因此我们对集合中所有点的横坐标作少量的随机偏移,得到最终决定树的主干形状的一组点集合,并将之存储于一个数组中。图决定树干形状的控制点如图所示,其中,黑色点、、分别为表示树的顶端、树的中心和树的底端的控制点,红色点集为经过插值之后的点集合,蓝色点集为经过偏移后最终的点集合。可死与水平线的夹角决定了整个树干的倾角。然后,我们便可确定树的轮廓。对于,、,、民…。中的任意一点卜,,,…,我们要获得这样两个点卜",使得互丽了经过点且垂直于 浙江人学硕卜学位论文第章剪纸风格动画背景模型万万不,以便对树干进行颜色填充,填充的方法我们稍后讨论。其中币面的长度决定了树的主干的宽度,可根据树的高度与宽度的比例决定不示了的长度。如图中所示,,、、、为点集合中的前四个连续的点。根据我们对剪纸松树的研究,平均高度与平均宽度的比例大致为,则树干的宽度为树干高度的。而丽与的长度皆为。我们依据上述介绍的方法,找到了这样的一系列点集,使得币万于垂直于丽,且硕丽沐垂直于丽,且丽互于垂直于死丙。同时使得币予玉等于等于,由于树干由上至下会越来越粗,因此也会随之进行微小的关联变化。八﹄︸`自口几图松树树干的轮廓图树干中的白色花纹找准所有的点集卜犷之后,便可对树干进行颜色填充。如图所示,第一个需要填充的便是以"贬、恻为顶点的矩形,后续依次类推。填充颜色可选用手工剪纸中常用的红色。在图的手工剪纸松树树干中还有大量白色花纹,它们是用来表示树皮的,由于类似于矩形,为避免全部是矩形太过一致而带来的不自然的感觉,可使用角度接近于直角的梯形和平行四边形模拟之。如图所示,可以以点集合中所有点的坐标为基础,通过适当的表达式,在每个点的四周选择十二个点,使得他们能组成三个接近于矩形的图形,分别对 浙江人学硕士学位论文第章剪纸风格动画背景模型他们进行白色填充,即可达到目的。松树树枝模型首先介绍一下本文将多次提到的一个概念。直接与主干相连的树枝我们称之为第一代树枝,而直接与第一代树枝相连的树枝我们称之为第二代树枝,以此类推。图松树树枝的结构我们先生成第一代树枝。第一代树枝的生成方法与树干类似,但由于树枝的形状特征较树干复杂得多,因此,初始控制点的选择也较为复杂。我们用一个较为复杂的一次表达式来选择初始控制点,同样经过插值和偏移,得到最终一组点集合存储于一个数组中用于控制树枝的形状。如图所示,蓝色的、、,、,、为我们选择初始控制点,并将其横坐标与纵坐标分别依次存储在一个数组中。将这两个数组作为参数进行插值,获得一组新增的红色点集合,红色点越多,则新的树枝的形状越平滑,但限于作图的方便,我们在每两个控制点之间只画了个红色的点。然后,我们便可确定树枝的轮廓。对于点集合中的任意一点,我们要获得这样两个点认",使得不面经过点,且垂直于不而,以便对树枝进行颜色填充,填充的方法在上一节中我们己经介绍。其中口丽的长度决定了树的树枝的宽度,需要注意的是,松树第一代树枝根部的宽度一般为他所连接的主干当前宽度的,从第一代树枝根部至树梢,宽度也会渐渐变小。因此,树枝的宽度 浙江人学硕卜学位论文第章剪纸风格动画背景模型要随着向树梢的循环而关联减小。由于剪纸风格树的树枝一般不会超过第三代,因此我们的方法最多生成第三代树枝。第二代和第三代树枝的生成方法我们将在后续章节中介绍。迎客松果实模型松果的形状较为圆润,因此,在选择初始控制点之后,应增加插值数量来消除锯齿的感觉。如图所示,我们首先选取七个初始控制点,分别对他们作四次插值,所传入的控制点参数分别为,,。、,,、、,,只、、,,,由此得到四组点集合,将他们的横坐标与纵坐标分别一次保存在四个数组里,分别对应数组、、、。然后,我们就可以对图中红色区域进行填充来模拟手工剪纸中的松果。通过观察即可发现,红色填充区域可由控制点,,,之间的点集合进行红色填充获得。因此,我们现在感兴趣的是数组中的和之间的部分点集合坐标、数组中的和之间的部分点集合坐标,以及整个数组,将这三部分合并在一个数组中之后,便形成了一个多边形,对它进行红色填充即可实现。需要注意的是,而丽决定了松果的倾角。如图所示。图松果模型对松果进行建模之后,我们将之嵌入到松树中去。通过对图的手工剪纸作品的观察,我们发现松果并不是完全朝着同一方向,而是近似垂直于所在松树树枝位置。于是,我们将松果每隔一小段距离便嵌入到树枝上,为了尽量模拟手工剪纸,松果的朝向始终垂直于当前树枝的角度,并带有极微小的随机偏移同 浙江人学硕学位论文第章剪纸风格动闷背景模型时,在第一代树枝根部处不会生长松果,而主要集中在树梢。最后,我们得到最终结果、如图所示。图我们生成的松树柳树模型柳树,属落叶大乔木,其柳枝细长,柔软下垂,性喜湿地,且生长迅速树皮组织较厚,易纵裂,老龄树干中心多为朽腐且中空柳枝无毛,冬芽线形,密着于柳枝叶互生,两端尖削,线状披针形,表面浓绿色,背面为绿灰白色,边缘具有腺状的小锯齿,两面均平滑无毛,且具有托叶。如图中所示为手工剪纸作品中的柳树,本节我们详细介绍利用计算机手段模拟手工剪纸柳树的建模过程。图手工剪纸作品中的松树 浙江人学硕卜学位论文第章剪纸风格动问背景模型柳树树干模型对于树干,我们依然是首先选取三个初始的控制点,分别对应其顶端,底端和中心。它们决定了树干的倾角。其次将他们的横坐标与纵坐标分别依次存储于一个数组中。以这两个数组作为参数进行插值,可以得到一组新的点集合,它们决定了树干的大致形状。由于柳树的主干一般也会带有一些自然的弯曲,而非笔直,因此我们对集合中所有点的横坐标作少量的随机偏移,得到最终决定柳树主干形状的一组点集合,并将之存储于一个数组中。参见图。然后,我们便可确定柳树主干的轮廓,对于,、、氏…中的任意一点`,,,…,我们要获得这样两个点认犷,使得酥万了经过点、且垂直于而不,以便对树干进行颜色填充,填充的方法我们在节中已经讲过。其中互摘的长度决定了树的主干的宽度,柳树相比松树,要细长一些,因此,其高度与宽度的比例应相对大一些。如图中所示,、、民、为点集合中的前四个连续的点。根据我们对剪纸柳树的研究,平均高度与平均宽度的比例大致为,则树干的宽度为树干高度的。而颐万压与盯的长度皆为。我们依据上述介绍的方法,找到了这样的一系列点集,使得互万于垂直于和序乏,且硕硕垂直于万乏死,且百万面于垂直于丽。同时使得丽等于可示奋,皆等于,由于树干由上至下会渐渐变粗,因此也会随之进行微小的关联变化。挤姗﹄`二``二图柳树树干的轮廓图柳树树枝结构 浙江大学硕卜学位论文第章剪纸风格动画背景模型找准所有的点集认"之后,便可对树干进行颜色填充。如图所示,第一个需要填充的便是以叭聪么"为顶点的矩形,后续依次类推。填充颜色我们仍然选择红色。柳树树枝模型通过对现实生活中的柳树和手工剪纸柳树进行研究,我们发现,柳树一般只有第一代树枝,连接第一代树枝的,是下垂的柳条,因此,我们先对第一代树枝进行建模。柳树第一代树枝的生成方法与其树干极为相似,同样是先选择初始控制点,然后经过插值和偏移,得到最终一组点集合存储于一个数组中用于控制树枝的形状。我们所作的改动仅仅是将偏移量设置稍大于树干,因为树枝相比树干稍微弯曲一些长宽比例也稍大于树干,因为树枝比树干的更为细长一些。如图所示,蓝色的、、、、为我们选择初始控制点,并将其横坐标与纵坐标分别依次存储在一个数组中。将这两个数组作为参数进行插值,获得一组新增的红色点集合,红色点越多,则新的树枝的形状越平滑,但限于作图的方便,我们在每两个控制点之间只画了个红色的点。需要注意的是,川决定了柳树树枝的伸展方向。然后,我们便可确定树枝的轮廓。对于点集合中的任意一点,,我们要获得这样两个点吼、",使得示不了经过点且垂直于云下不,以便对树枝进行颜色填充,填充的方法在上一节中我们已经介绍。其中不荀的长度决定了树的树枝的宽度,需要注意的是,柳树第一代树枝根部的宽度一般为他所连接的主干当前宽度的,从第一代树枝根部至树梢,宽度也会渐渐变小。因此,树枝的宽度要随着向树梢的循环而关联减小。柳树柳条模型柳条的柳枝模型柳条的形状极为细长,因此,我们省去了颜色填充这个步骤,而只需将所确 浙江人学硕学位论文第章剪纸风格动背景模型定的一组点集合用宽度为像素的线连接起来即可实现与手工作品同样的视觉效果。同时,在选择初始控制点之后,应增加插值点的数量,来尽量减少锯齿的感觉。如图所示,我们首先选取五个初始控制点,将他们的横坐标和纵坐标依次分别放在两个数组中,以这两个数组为参数进行插值,获得一组新增的红色点集合,红色点越多,则新的树枝的形状越平滑,但限于作图的方便,我们在每两个控制点之间只画了个红色的点。图柳条结构图柳叶模型柳条的柳叶模型获得点集合之后,则可以以集合中的每个点为基础,在其左右两侧分别画片柳叶。由图可见,柳叶形状类似于芒果,两头尖,中间圆,下面我们讨论柳叶的建模方法。如图所示,我们首先选取四个初始控制点,将他们的横坐标和纵坐标依次分别放在两个数组中,以这两个数组为参数进行插值,获得一组新增的红色点集合,红色点越多,则新的树枝的形状越平滑,但限于作图的方便,我们在每两个控制点之间只画了个红色的点。然后对集合中所有点所组成的多边形进行红色填充即可。对柳叶进行建模之后,我们将之嵌入到柳枝中去。通过对图的手工剪纸作品的观察,我们发现柳枝两边的柳叶接近于对称,且以柳枝为对称抽。于是,我们以集合中的所有点为基础,在其两边分别嵌入两片柳叶,为了尽量模拟手 浙江人学硕"学位论文第章剪纸风格动画背景模型工剪纸,两片柳叶都带有极微小的随机偏移。最后,我们得到了最终的结果,如图所示。图计算机生成的柳树椰子树模型椰子树,树干细长,倾斜,具环痕,高可达公尺尺,基部膨大。树顶著生巨大的羽状复叶,形成优美的树冠。成熟的坚果卵形或椭球形。图给图手工剪纸中的椰子树出了手工剪纸作品中下面将详细介绍椰子树的生成算法。椰子树树干模型对于椰子树的树干,我们要注意与松树,柳树等的树干相区别。椰树的树干十分规律且平滑,由下至上缓缓变细。我们依然是首先选取三个初始的控制点,分别对应其顶端,底端和中心。它控制了椰子树树干的倾角和弯曲程度。其次将 浙江人学硕学位论文第章剪纸风格动画背景模型他们的横坐标与纵坐标分别依次存储于一个数组中。以这两个数组作为参数进行插值,可以得到一组新的点集合,它们决定了树干的大致形状。如图所示。其中,蓝色点,、、,分别为表示树的顶端、树的中心和树的底端的控制点,红色点集为经过插值之后的点集合,红色的点越多,则生成的树干的形状越是平滑,但限于作图的方便,我们在每两个控制点之间只画了个红色的点。需要注意的是,百存亏与水平线的夹角决定了整个树干的倾角。而的位置决定了椰子树树干的弯曲程度。同时,由于椰子树树干规律且平滑,因此我们不需要对点集合进行偏移。图椰子树树干图柳树树干的轮廓然后,我们便可确定椰子树主干的轮廓,对于集合中的任意一点,,,…,我们要获得这样两个点认厂,使得示蔺了经过点,且垂直于可获不,以便对树干进行颜色填充,填充的方法我们在节中已经讨论过,限于篇幅,这里不再重复。需要指出的是,其中瓦面了的长度决定了树的主干的宽度,椰子树相比松树、柳树等,要规律,平滑的多,因此,我们在其生成算法中不设任何随机值。如图中所示,、、,、,为点集合中的前四个连续的点。根据我们对剪纸椰子树的研究,平均高度与平均宽度的比例大致为,则树干的宽度为树干高度的。而丽与可可的长度皆为。我们依据上述介绍的方 浙江人学硕士学位论文第章剪纸风格动闰背景模型法,找到了这样的一系列点集,使得币万于垂直于丽,且丽硕泳垂直于丽,且互亏巨于垂直于死万汤。同时使得而玉等于川,皆等于,由于树干由上至下会渐渐变粗,因此也会随之进行微小的关联变化。找准所有的点集认犷之后,便可对树干进行颜色填充。如图所示,第一个需要填充的便是以·"暇、恻为顶点的矩形,后续依次类推。填充颜色我们仍然选择红色。椰子树树叶模型手工剪纸中的椰子树的树叶,构造较为复杂,我们可将其分为两个部分,红色填充部分和白色覆盖部分,对两个部分分别进行建模。对于红色填充部分,我们先选取七个初始控制点。如图所示,元可与水平线的夹角决定了树叶的偏角,点、、、的位置决定了椰子树叶的形状。选取初始控制点之后,我们分别以、、、,、。、。、、、的横坐标与纵坐标为参数进行插值,获得三组新增的红色点集合、、,红色点越多,则新的树枝的形状越平滑,此处我们在每两个控制点之间插入个红色点来消除锯齿的感觉。然后我们对点集合和点集合中所有点组成的多边形进行红色填充,便可实现上述红色填充部分。图椰子树叶结构图椰果结构对于白色覆盖部分,在树叶的两侧都有出现。我们首先以点集合为基础,对于中的每两个连续的点、,我们首先在点集合中找到点,。由于树叶 浙江人学硕卜学位论文第章剪纸风格动背景模型下侧的白色覆盖部分多为钝角三角形,因此在选取点时需考虑这个因素。其次计算、之间的中点,然后对以。、、为顶点的三角形进行白色填充即可。对于树叶上侧,方法一样,不再赘述。椰子树椰果模型在手工剪纸作品中,椰子树的果实形状像极了葫芦,但又有自己的特点。我们讲椰果分为两个部分,如图所示,然后分别对这两个部分进行建模。对于上半部分,我们的方法十分简便,以为圆心,画一个椭圆并以红色填充之,即可完成。而对于下半部分,我们首先选取四个初始控制点。如图所示。需要指出的是,如果下半部分也同样画一个椭圆,则视觉效果会十分不尽人意。百子亏与水平线的夹角决定了椰果的偏角。选取初始控制点之后,我们分别以、、、、民、,的横坐标与纵坐标为参数进行插值,获得两组新增的红色点集合、,红色点越多,则新的树枝的形状越平滑,此处我们在每两个控制点之间插入个红色点即可消除锯齿的感觉。但为了作图方便,图中我们在每两个控制点之间只显示三个红色点。然后我们对点集合和点集合中所有点组成的多边形进行红色填充,便可实现上述下半部分的作图。对椰果进行建模之后,我们将之嵌入到椰子树中去。椰果只少量出现在椰子树顶端接近树叶的地方,且基本对称,即左右各两颗。最后的结果如图所示。图计算机生成的椰子树 浙江人学倾学位论文第章剪纸风格动幽背景模吧竹子模型竹子,属禾本科多年生木质化植物。竹枝杆挺拔,修长。竹子具地「茎即竹杆和地下茎即竹鞭。竹杆通常为圆筒形,极少为四边形,由节"」和节连接而成,节间常中空,少数为实心,节由捧环和杆环构成,每节上都有分枝。而竹叶有两种,一为茎生叶,俗称捧叶另一为营养叶,披针形,大小皆随品种而异。如图所示为手工剪纸作品中的竹子。图手工剪纸作品中的竹子竹子主干模型竹子是所有树中相对较为特别的一种,主干笔直,极细且极长,而且分丁。从下至上有极细微的变细。我们依然是首先选取三个初始的控制点,分别对仗其顶端,底端和中心。它控制了竹子树干的倾角和弯曲程度,这我们要使其形状是笔直的。其次将他们的横坐标与纵坐标分别依次存储立一个数组「,。以这两个数组作为参数进行插值,可以得到一组新的点集合,它们决定了树一几的大致形状。如图所示。其中,蓝色点、、、分别为表示树的顶端、树的中心和树的底端的控制点,红色点集为经过插值之后的点集合八,我们在征两个控制点之间插入七个红色点来消除锯齿的感觉。 浙江人学硕学位论文第章剪纸风格动问背景模型图竹竿图竹叶然后,我们便可确定竹子树干的轮廓,对于点集合中的每隔三到四个点,我们要获得这样四个点"··",如图所示,根据我们对剪纸竹子的研究,其平均高度与平均宽度的比例大致为,那么树干的宽度为树干高度的。由于树干由上至下会渐渐变粗,因此也会随之进行微小的关联变化。找准所有的点集叭、、睽之后,便可对竹竿进行颜色填充。如图巧所示,对其中的矩形依次进行填充即可。填充颜色我们仍然选择红色。竹子竹枝模型竹子从第一代树枝开始,其宽度已经极细,我们可以用宽度为像素的线段来模拟。同时注意到竹子树枝也是有分节的,我们在每个竹枝的、处分别画一个随机的极小多边形模拟竹竿。由于算法极为简单,不作详细介绍。竹子竹叶模型在手工剪纸作品中,竹叶与现实中的竹叶极其相似,细长,头尖,尾圆。本节我们详细介绍其计算机建模方法。如图所示,我们首先选取四个初始控制点,、、、。,来控制竹叶的形状和偏角。其中万死与水平线的夹角决定了竹叶的偏角。选取初始控制点之后,我们分别以、、、、、的横坐标与纵坐标为参数进行插值,获得两组新增的红色点集合、,红色点越 浙江人学硕学位论文第章剪纸风格动画背景模型多,则新的树枝的形状越平滑,此处我们在每两个控制点之间插入个红色点即可消除锯齿的感觉。但为了作图方便,图中我们在每两个控制点之间只显示三个红色点。然后我们对点集合和点集合中所有点组成的多边形进行红色填充,竹叶的作图即可完成。对竹叶进行建模之后,我们可将之嵌入到竹枝中去。通过对手工剪纸竹的观察,我们发现竹叶一般三五片一簇,并近似于对称。因此我们在生成竹叶的时候,随机的每三五片竹叶为一簇,并以垂直线为对称抽,且对每一片竹叶的偏角作微量的随机偏移来实现自然的效果。图给出了计算机手段生成的剪纸竹的效果图。由于竹子向来成群生长,因此我们的系统每次默认生成三到五颗竹子。图计算机生成的剪纸竹棕搁树模型如图所示为手工剪纸作品中的棕搁树,棕搁树属于常绿乔木。树干呈圆柱形,通常残存有老叶柄及其下部的叶蜻,叶簌竖千顶,形状如扇,掌状裂深达中下部。本节我们将详细介绍利用计算机手段模拟手工剪纸棕搁树的建模过程。 浙江大学硕学位论文第章剪纸风格动画背景模型图手工剪纸作品中的棕搁树棕搁树树干模型对于棕桐的树干,形状比较独特。如图所示,从下至上接近于笔直,且在宽度上几乎没有变化,但每隔一定距离会有类似尖刺状物从左右突出并呈对称状。我们依然是首先选取三个初始的控制点,分别对应其顶端,底端和中心。它控制了棕搁树树干的倾斜角和弯曲程度。其次将他们的横坐标与纵坐标分别依次存储于一个数组中。以这两个数组作为参数进行插值,可以得到一组新的点集合。然后,我们便可确定棕搁树主干的轮廓,对棕桐树树干进行建模,最复杂之处在于轮廓的确定。对于集合中的任意一点。,,,…,我们要获得这样七个控制点、、,、、、。、,如图所示,用于模拟手工剪纸棕桐树的树干。然后分别以,、、、、吼、、、、、的横坐标与纵坐标为参数进行插值,获得三组新增的红色点集合、、,红色点越多,则树干外皮的形状越平滑,此处我们在每两个控制点之间插入个红色点即可消除锯齿的感觉。但为了作图方便,图中我们在每两个控制点之间只显示三个红色点。然后我们对于点集合中的每一个点,将其所对应的点集合、、中所有 浙江大学硕卜学位论文第章剪纸风格动画背景模型点组成的多边形进行红色填充,即可得到棕搁树的树干。图棕搁树树干结构图棕搁树树叶结构棕桐树树枝模型对于手工剪纸棕桐树的树枝,外形十分简单,细、长且直。由于算法极为简单,不作详细介绍。棕搁树树叶模型棕搁树的树叶是世界上最大的树叶之一,其叶呈圆形,四面八方有叶刺出。对其进行研究之后,我们将棕桐树的树叶分为里外两个部分,分别对其建模。我们首先选取一个中心点,通过循环,每隔角度,在离圆心的地方分别选取一个点,可以得到一组新的点集合。通过对点集合中所有元素组成的多边形进行红色填充,上述里面部分即可完成。然后,我们便可确定棕桐树叶外部进行建模。对于集合中的任意一点,,,…,我们要获得这样三个控制点、、,,如图所示,他们满足如下关系,为,与其相邻点的中点豆乏可且、,、三点在同一个直线上同样,百丽且,、、三点在同一个直线上。找准这三个点之后,然后我们对于集合中的任意一点,,,…,我们都对以、,、为顶点的三角形进行红色填充即可得到棕搁树树计卜的外围部分。然后我们将棕搁树树叶嵌入到树枝尖端去。在剪纸棕搁树中,树叶之间 浙江人学硕学位论文第章剪纸风格动画背景模型一般没有覆盖,因此我们在系统中加入了覆盖检测和用户手工调控,在后续章节中,我们会一一介绍。图给出了我们生成的剪纸风格棕搁树。图我们生成的棕桐树雪松模型图给出了手工剪纸作品中雪松。图手工剪纸的雪松雪松,又称香柏,是松科雪松属植物的统称。属常绿乔木,树冠呈尖塔形,大枝斜展,小枝略微下垂。叶呈针形,质地硬朗,呈灰绿色或银灰色,在长枝散生,短枝上簇生。 浙江人学硕卜学位论文第章剪纸风格动画背景模型,闷育七叹倪卜口已七雪拍“。。月尹公尹,口唁二生立手工剪纸的雪松树干,笔直挺拔,由下至上越来越细。我们依然是首先选取三个初始的控制点,分别对应其顶端,底端和中心。它控制了椰子树树干的倾角和弯曲程度。其次将他们的横坐标与纵坐标分别依次存储于一个数组中。以这两个数组作为参数进行插值,可以得到一组新的点集合,它们决定了树干的大致形状,即基本笔直且基本垂直于水平线。由于构造简单,其建模方法不再赘述。雪松树枝模型如图所示,雪松树枝基本为左右对称。手工剪纸中的雪松的树枝,构造较为复杂,我们可将其分为两个部分,红色填充部分和白色覆盖部分,对两个部分分别进行建模。对于红色填充部分,我们先选取四个初始控制点。如图所示,而范与水平线的夹角决定了树枝的偏角,点、、、、的位置决定了椰子树叶的形状。图雪松树枝结构图我们的方法生成的雪松选取初始控制点之后,我们分别以,、、、、【、,、,的横坐标与纵坐标为参数进行插值,获得两组新增的红色点集合、,红色点越多,则新的树枝的形状越平滑,此处我们在每两个控制点之间插入个红一色点来消除锯齿的 浙江人学硕十学位论文第章剪纸风格动画背景模型感觉。然后我们对点集合和点集合中所有点组成的多边形进行红色填充,便可实现上述红色填充部分。对于白色覆盖部分,只在树叶的下侧有出现。我们首先以点集合为基础,对于中的每两个连续的点、,我们首先在点集合中找到点。由于树叶下侧的白色覆盖部分在树枝根部多为钝角三角形,而越接近树梢,则越接近锐角三角形,因此在选取点时我们考虑了这个因素。其次计算、之间的中点诬,然后对以。、。、,为顶点的三角形进行白色填充即可。图给出了我们用计算机手段生成的剪纸雪松。麦子模型麦子属于单子叶植物,禾本科。它是一年生或二年生草本植物。其茎秆中空,有节。叶长披针形。穗状花序称“麦穗”,小穗两侧扁平,有芒或无芒。在我们的系统中,麦子被归于草类。由于手工剪纸作品中的花、草、山石等类型品种较为单一,我们在此仅以麦子为例,介绍其建模过程。图给出了手工剪纸作品中麦子。图手工剪纸作品中的麦子麦子麦秆模型如图所示,手工剪纸中的麦子,构造较为简单,我们可将其分为两个部分,中间麦秆部分和两侧麦叶部分,对两个部分分别进行建模。对于中间麦秆部分,我们先选取四个初始控制点。如图所示,可万亏与水平线的夹角决定了麦秆的偏角,点、、、、的位置决定了麦秆的形状。 浙江人学硕卜学位论文第章剪纸风格动画背景模型二。日川月︺从乃才、二二…孟,图麦秆结构选取初始控制点之后,我们分别以、、、、、,、、的横坐标与纵坐标为参数进行插值,获得两组新增的红色点集合、,红色点越多,则新的树枝的形状越平滑,此处我们在每两个控制点之间插入个红色点来消除锯齿的感觉。但为了作图方便,我们在图中每两个控制点中只画出了个红色点。然后我们对点集合和点集合中所有点组成的多边形进行红色填充,便可实现上述中间麦秆部分。对于外侧麦叶部分,在麦秆的两侧都有出现,并在左右基本对称。我们首先以点集合为基础,对于集合中的任意一点,,,…,我们要获得这样四个控制点,、、,、。,其中,互面与水平线之间的夹角决定了麦叶的偏转角。、的选择决定了麦叶的形状。选取控制点之后,我们分别以、、,、、、,的横坐标与纵坐标为参数进行插值,获得两组新增的红色点集合、,由于麦叶极小,因此插值点的数量不需要太多。此处我们在每两个控制点之间插入个红色点来消除锯齿的感觉。但为了作图方便,我们在图中每两个控制点中只画出了个红色点。然后我们对点集合和点集合中所有点组成的多边形进行红色填充,便可实现上述中间麦叶部分。 浙江人学硕卜学位论文第章剪纸风格动画背景模型麦子结果示例图给出了我们利用计算机手段生成的麦子。由于麦子总是成群生长,因此我们的系统每次默认生成三到四棵麦子。沐说打矛,图我们生成的麦子本章小结本章我们首先通过对构成其背景图的各种剪纸图案进行分析,将剪纸背景图案细分为树、花、草、山石等四种类型,而其中尤以树的种类最为繁多,构造最为复杂。最典型的包括迎客松、柳树、椰子树、竹、棕搁树、雪松等等。我们根据树的共性,进一步将剪纸树分成树干、树枝、树叶三个部分,依次研究每个部分的生成算法然后根据其个性,以样条插值算法为最核心的算法,以与手工剪纸最为相似为目标,研究与此目标最为接近的算法。而对于花、草、山石,由于在剪纸动画背景中种类单一,我们只简单的介绍其中的一种,即麦子。文中每节最后给出了迎客松、柳树、椰子树、竹、棕桐树、雪松、麦子等模型的结果图例。 浙江大学硕学位论文第章剪纸风格背景生成系统框架第章剪纸风格背景生成系统框架引言上一章我们建立了剪纸风格背景图案库。在此基础之上,我们又构建了剪纸风格动画背景生成系统。用户只需在该系统中输入少量参数以及进行少量的鼠标交互,就可以得到一幅完整的剪纸风格动画背景图。通过将各类剪纸图案放入不同的位置,并按意愿进行简单调控,便可组合出一幅幅完全不一样的剪纸动画背景图。该系统的完成大大简化了手工剪纸动画片中极其费工费时且灵活性差的背景图的生成。我们的系统操作简单,且灵活性强,主要包括下列几个功能模块一、剪纸树设置模块,用户可以修改剪纸树的大小、方向、坐标等参数来控制所生成的剪纸树图案二、剪纸花设置模块,用户可以修改剪纸花的半径、花瓣数等参数来控制所生成的剪纸花的图案三、剪纸草设置模块,用户可以修改剪纸草的密度、半径等参数来控制所生成的剪纸草图案四、剪纸山石设置模块,用户可以修改剪纸山石的半径、形状参数来控制所生成的剪纸树图案五、剪纸房屋设置模块,用户可以修改剪纸房屋的高度、宽度、坐标等参数来控制所生成的剪纸房屋图案六、鼠标交互模块,系统在几乎所有的剪纸图案中设置了多组控制点,用于调整所生成的剪纸图案的形状来符合用户的审美。本章主要介绍此系统的整体框架,及其实现方式,下一章我们将介绍鼠标交互模块的具体功能及其实现。系统结构如图所示为我们的剪纸风格动画背景生成系统结构框架图。由框架图可知,用户可根据自己的意愿,从剪纸图案库中选择所需要的图案模型,并设定好各项参数,再放入指定位置,然后通过简单鼠标交互和键盘交互来符合用户自己的审美观。 浙江人学硕学位论文第章剪纸风格背景生成系统框架霍樱景缈画背景剪纸图案库叠豪豪纸风格树剪风鱼纸剪化纸风格草剪纸风格石剪山格纸风房屋剪标交互鼠键盘交互图剪纸风格动画背景生成系统框架绘制功能模块动画闪烁现象及其解决办法由于本系统的开发环境是,因此,在播放动画过程中会发生闪烁的现象。我们的绘图函数多数放在函数中,而函数在进行屏幕显示时是由函数进行调用的。当窗口由于某种原因需要进行重绘时,一般先用背景色将绘制区颜色清除,再调用函数。而一般情况下背景色与绘制区的内容反差较大,所以在极短时间内背景色与显示图形交替出现,会导致显示窗口有很明显的闪烁感。交替的频率越高,出现的闪烁感就会越强。同时,绘图的显示速度对闪烁的影响并非根本性的。我们可以使用双缓冲技术来解决这个问题。启用双缓冲后,所有的绘制操作会首先呈现在内存缓冲区,而非屏幕上的绘图区。当所有绘制操作全部完成后,内存缓冲区的内容会直接被复制到与其关联的绘图区。因为在屏幕上只需执行一个简单的操作,所以避免了由快速交替绘制而造成 浙江人学硕士学位论文第章剪纸风格背景生成系统框架的图像闪烁。重新绘图,对速度的要求很高,所以我们尝试使用函数。它支持图形块的快速复制。我们可先将画好的图形保存在内存中,然后用函数将之复制到前台,同时禁止背景的刷新,于是就消除了闪烁。以上就是双缓冲区绘图的基本思路。绘制模块使用双缓冲技术后,闪烁现象得到了避免。下面我们介绍本系统的绘制模块。绘制函数绘制函数的作用是绘制场景中的各个剪纸图案。通过接受用户输入的初始参数,将一个个剪纸图案在绘制区绘制出来。然后通过鼠标与键盘交互,编辑各个剪纸图案的形状、坐标和大小等属性。绘制出具体背景图之后,用户可以通过我们的系统将创作的作品保存到作品库中,随时供用户导入。用户也可以点击“随风摆动”按钮,来使得背景图中的部分图案可以随风摆动。关于系统的具体功能与实现,我们将在下一章详细讲述,这里我们把重点放在绘制场景时的一个问题—相交判断。剪纸图案之间的覆盖判断在手工剪纸作品中,各种剪纸背景图案之间一般只有连接,没有覆盖。因此,我们在进行计算机模拟手工剪纸时,也要尽量避免剪纸图形之间互相覆盖。我们在系统中加入了相交判断,来尽量减少剪纸图案之间的覆盖问题如果不幸生成的剪纸背景图仍有极个别覆盖情况,我们加入了手工调控,通过非常简单的鼠标拖拉即可将图案拖拽到合适位置。一幅完整的剪纸背景图包含多种不同的剪纸图案,我们应该尽量避免他们之间的相交。但通过直接判断它们的边界是否有相交,计算量过大,为了提高效率,我们通过判断剪纸图案所占的大致范围来判断两个剪纸图形是否相交。我们选择 浙江人学硕学位论文第章剪纸风格背景生成系统框架了效率最高的一种,把每种剪纸图形的范围看成一个圆。这样大大简化了剪纸图形之间的相交检测。设剪纸图案和巧的圆心分别为、和,他们的半径分别为。和玛,若`和之间的距离大于凡,则可判断出两个圆不相交,且不覆盖。剪纸图形之间的覆盖避免上一节所讲述的方法中,我们把运算效率放在了第一位。考虑到难免会有漏网之鱼,我们加入了鼠标调控。用户只需简单的选中剪纸图案并拖动鼠标,即可将之拖拽到合适位置。此举可有效的避免剪纸图案之间的相互覆盖。关于其具体功能的实现和操作流程,我们将在下一章详述。本章小结本章主要介绍了剪纸风格动画背景生成系统的整体结构,并展示了模块之间的相互关系以及用户的操作流程。还详细阐述了生成动画时出现的闪烁现象的一种有效解决办法即双缓冲技术。在本章的最后对绘制模块进行了简要分析,并详述了关于各个剪纸图案之间的相交判断与覆盖避免的方法。 浙江大学硕卜学位论文第章剪纸风格动画背景生成系统功能介绍和实现第章剪纸风格动画背景生成系统功能介绍和实现匆岭︸帅一服,址一勿︸一旅弓旧区姗,二解一卫手,百一、创,肋厂一刃少几砚二翻才班位肠帅犷影少一召」—的全士一一自曲侧曰二倪臼,二,口兰代一翻川姻厂一一封卜一二爵石少一的识卜一跳门`照鱼生照提胜,丝塑矿”职图系统界面图剪纸风格动画背景生成系统的整体界面如图所示。由于我们的剪纸图案库中包括剪纸树、花、草、石头、建筑等五种,因此我们的系统主控制面板也由五个控制面板组成,分别用于设置生成这五种剪纸图案的参数。而每个控制面板根据剪纸图案的构造的复杂程度,又分别由一到三个组合框组成。除此之外,我们还添加了几个额外的功能键用于实现其他操作,比如动画、控制点的显示与隐藏等等。限于篇幅,主控制面板中我们只介绍剪纸树控制面板及其他控制面板。至于剪纸花、草、石头、房屋等控制面板,与剪纸树控制面板功能类似,且简单许多,因此略去。除此之外鼠标交互系统也是我们系统功能的重要体现,本章最后将对它进行详细介绍。剪纸树控制面板如图所示,剪纸树控制面板具体又分为三个控制面板,分别为树干控制面板、树枝控制面板和树叶控制面板。除此之外,还包括一个选择框用于选择所需生成的树的类型。当选择好树的种类之后,其下将会出现与之相应的控制面板。例如如果选择了柳树,则出现树干、树枝、柳条三个控制面板而如果选择了椰 浙江大学硕学位论文第章剪纸风格动画背景生成系统功能介绍和实现子树,则出现树干、树叶、椰果三个控制面板。限于篇幅,下面将仅以迎客松、椰子树、竹子和棕搁树作为例子对控制面板的功能及实现方式作具体介绍。迎客松控制面板树花草石头建筑透捧材的种炙遨客粉”匀材千卜一故画尸一封一厂一姐卜犷一一创少一一触疥一—封于一一材千花软夕矩形花软广无花纹材技长度一寸一立度一少一旅浪敬塔”“臼—」最商代敬在生成弟二代材枝商生成第三代材技果实半径所,一创少一一,度沪万一一一创少一一倾角吓一一月少一一图迎客松控制面板当我们选择树的种类为迎客松后,我们看到剪纸树控制面板发生了一些细微的变化。顺便提一句,并非所有这些控制面板中的控件都必须重新生成,我们只是将所不需要的个别控件进行了隐藏,同时显示了原本隐藏的个别所需控件。如图所示。由于剪纸迎客松的树枝是波浪形态,因此我们增加了“波浪数”这个选项。下面介绍剪纸迎客松每个控制面板的具体功能。首先我们来看看树干设置控制面板,顾名思义,高度、宽度和倾角分别用于设置所生成的剪纸迎客松的各项对应属性,每个输入框后面有微调按钮和滑块控 浙江人学硕卜学位论文第章剪纸风格动画背景生成系统功能介绍和实现件用于对所设置的数据进行微调。针对剪纸迎客松的主干通常应有不同的花纹,如图所示,我们设计了多种花纹以供用户通过单选按钮来进行选择。图对树干使用不同的花纹对于树枝设置控制面板,高度、宽度分别用于设置所生成的剪纸迎客松的各项对应属性,其后的微调按钮和滑块控件用于微调。由于迎客松的树枝类似于波浪形态,我们设置了控件用于调节波浪数,可以有效设定所生成的迎客松树枝的初始形状。而通过其下的单选按钮,我们可以对迎客松树枝的代数进行控制。般最高为第二代树枝或第三代树枝。松果的特征主要由半径、倾角和密度三个属性控制。我们可根据树干的高度宽度等来设置松果的半径大小,可依据自己的意愿设置松果的倾角。另外,当用户设置倾角的范围在一工到工之间,则所有松果倾角一致。若在此之外,则所有松果的倾角皆垂直于它所连接的当前树枝的角度。最后,密度指定了整棵迎客松所包含松果的密集程度,范围为到之间。特别的,当将密度设为时,整棵松树只有寥寥几枚松果当设为时,松果密布于整棵迎客松之中。 浙江大学硕学位论文第章剪纸风格动画背景生成系统功能介绍和实现竹子控制面板材花,石头建筑透杯材的仲炙汾子月材干一往雌妞助妞,神雌一习月州︸卜月阿厂鲜厂一一︸﹄︶材一—扮一少一—少吸商代获`畜生成络二代材枝`班畜生成招三代材彼材叶长度阿一封一少,度乒一封一少倾角何一一一封于一一一图竹子控制面板当我们选择树的种类为竹子后,我们看到树标签下出现了相对应的剪纸竹控制面板。如图所示。除了高度、宽度和倾角这三个常用控件外,我们增加了设置棵数与节数两个功能。由于竹子总是成群生长,因此我们的系统并非每次生成一颗竹子,而是生成一群,棵数可自行设定,我们设定的范围是每次生成一到十棵。而由于竹子主干分节,有的节多而有的节少。我们设置的节数供用户按意愿进行设置。对于树枝设置控制面板,除了长度、宽度和最高代数这三个常用控件外,我 浙江大学硕学位论文第章剪纸风格动画背景生成系统功能介绍和实现图不同的棵数设置结果们也增加了节数设置功能。其中竹叶可能生长在任何一代竹枝上。对于竹叶,通过对手工剪纸作品的分析,竹叶总是三五成群生长,并近似于对称,且根部皆与竹节相连。因此,我们的系统中,竹叶总是三五一束生长在第一代至第三代竹枝的竹节处。用户可根据其长度、密度和倾角等属性对其进行设置。至于其他剪纸树所对应的控制面板和其余剪纸花、草、石头、建筑的控制面板,其功能皆与上述相似且简单得多。因此不再赘述。下一节我们将讨论主控制面板之外的其他控制面板。其他控制面板功能与实现除了主控制面板之外,还有一个控制面板用于实现一些额外的功能,他们集中在界面的左下角,如图所示。显示隐藏控制点曰引钾全列堕里」娜二州塑塑」。”。狂风图其他控制面板 浙江人学硕学位论文第章剪纸风格动画背景生成系统功能介绍和实现显示隐藏控制点按钮回顾一下第二章,我们生成的所有剪纸图案都是由一系列控制点来控制其形状、大小、方向等等属性。对于剪纸树,控制点主要集中在树干和树枝中,部分剪纸树的树叶中也包含控制点。为了使得用户能随意的改变所生成剪纸图案的坐标、形状等属性,我们在系统中加入了鼠标调控功能,即用户选中一个控制点之后,使用鼠标拖拽至指定地点,即可完成对剪纸图案的编辑。为了方便用户选择指定的控制点,我们加入了“显示隐藏控制点”按钮,当用户点击之后,绘制区内所有剪纸图案的控制点都会显示出来。显示方式为以该控制点为圆心,以为半径的黑色圆点。至于鼠标交互的具体功能与结果示例,我们将在节中详细介绍。绘制在我们系统界面的最下端,有绘制、导入、保存、默认四个按钮,下面分别一一介绍其功能绘制当用户设置好参数之后,点击此按钮,即可生成相应的剪纸图案。导入通过设置初始参数,生成的剪纸图案并不一定每次都让人十分满意。因此,我们从无数次的试验中,抽取相对符合更多人审美观的一系列剪纸图案,将它们的初始设置保存下来,建立了一个剪纸图案库。用户可随时通过点击“导入”按钮,从中导入相应的剪纸图案,而不必每次都设定所有参数。保存在用户自己的创作过程中,也会发现不少用户本人觉得十分满意的作品,我们加入了“保存”按钮,供用户将自己创作的作品保存在作品库中。默认鉴于重设所有参数将会加大用户工作繁琐程度,我们设置了“默认”按钮,可将所有参数恢复为默认值。鼠标交互系统功能与实现剪纸图案千变万化,多样性极强。我们使用计算机手段模拟手工剪纸最大的优势便在于可以随意调整剪纸图案的形状,大小,角度以及其他参数的设置。 浙江大学硕士学位论文第章剪纸风格动画背景生成系统功能介绍和实现编辑剪纸图案的形状图显示控制点的松树图经过调控后的松树如图所示,黑色为控制点,每个控制点都可以通过鼠标拖拽实现形状编辑。例如用鼠标选中图中的点和之后将其分别拖动到和所示位置,便生成了一棵经过形状调控后的新的松树。如图所示。由图和图我们可以看出,控制点只用于控制第一代树枝的形状,而并不出现在第二代和第三代树枝中。事实上,在我们的系统中,主干和第一代树枝都是在松树生成的时候确定的,不会随着用户对形状的调控而改变而第二代和第三代树枝以及松果都是随机生成的。这样既简化了用户的操作,又提高了效率。调整剪纸图案坐标和大小为了对剪纸图案的坐标和大小进行调控,我们首先要选中该剪纸图案。由于剪纸图案一般极其复杂,要计算鼠标是否点击到其图案,过程十分复杂且计算量太大。为了提高效率,在鼠标选中图案时,我们根据剪纸图案的形状,将之分别看成圆或者多边形。例如由于竹子的特征是细高,可将其范围看成矩形棕搁树的特征是圆滑,可将其范围看成圆等等。对于一幅完整的剪纸背景图我们随时可能希望调整其中某个图案的位置来增加美感,因此,加入手工鼠标调控是必要的,它的好处至少包括三点简单的手工调控高效率的避免相交 浙江大学硕士学位论文第章剪纸风格动画背景生成系统功能介绍和实现随时调整目标图案来增加美感在现有剪纸图案情况下不需重新布置便可生成多幅新的背景图同时,通过选中剪纸图案后,对其高度、宽度、偏角等参数的设定,便可轻易调控所生成剪纸图案的大小。由于部分比较特殊的剪纸树比如迎客松,主干的角度会比较弯曲,因此我们加入了参数设置使得用户能容易的调整主干的偏角。动画控制面板功能介绍在目前市面上的手工剪纸动画片中,其背景图案极少有动画效果。但这违背了一般意义上动画片的宗旨。我们加入了“随风摆动”按钮,并设置了“微风”和“狂风”两个选项,当用户选择好风的大小之后,点击“随风摆动”按钮,即可使得可以随风摆动的剪纸图案实现动画效果,例如树、花、草等。剪纸动画背景图结果示例本文系统是在,内存,显卡,操作系统下实现的,开发软件为图、图、图、图所示皆为此系统所实现。其中图右侧为模拟手工剪纸作品中的竹生成的剪纸背景图。图、图、图皆为用户利用该系统独立创作的剪纸背景图。通过比较可发现,用户通过此系统可创作出于手工剪纸作品十分相似的剪纸图案,且具有更高的制作效率和更大的灵活性。图手工左与计算机右生成的剪纸竹子对比 浙江人学硕卜学位论文第章亘,纸风格动画背景生成系统功能介绍和实现图用本系统创作的剪纸背景图图用本系统创作的剪纸背景图图川木系统创作的纸背景图 浙江大学硕士学位论文第章剪纸风格动画背景生成系统功能介绍和实现本章小结本章主要介绍了剪纸风格动画背景生成系统功能及其实现方法。其中主控制面板包括剪纸树、花、草、石头、建筑等五个控制面板,我们主要对其中的剪纸树控制面板进行了详细介绍。其后阐述了其他控制面板中几个按钮所实现的具体功能,包括“显示与隐藏控制点”、“绘制”、“随风摆动”等按钮。本章的最后详细讲述了鼠标交互功能,这样,用户即可按照自己的意愿轻松的生成一幅幅完整的剪纸风格动画背景图。 浙江大学硕士学位论文第章工作总结及展望第章工作总结及展望本文完成的主要研究工作本文提出了一种计算机生成剪纸风格动画背景的方法。通过对手工剪纸动画片中的背景图案进行分析,将其分为剪纸树、花、草、山石、房屋等多种类型。本文完成的主要研究工作如下建立迎客松、柳树、椰子树、竹、棕桐树、雪松、麦子等剪纸图案模型。我们使用的最核心的算法是样条插值算法。我们首先通过选择初始控制点来决定所生成剪纸图案的形状和偏角,然后通过插值来消除锯齿,再通过偏移来达到自然的弯曲效果。最后通过颜色填充获得完整的模型。通过使用进行界面设计,使得用户可以通过参数简单的设置各种剪纸图案的高度、宽度、大小、方向、形状等各种属性,并可随时显示或取消显示控制点,以方便用户对所创作的剪纸背景图按照自己的意愿进行任意的调控。构造了手工调控系统。在显示了所有可调控的控制点之后,用户可以任意选择其中一个控制点,简单的使用鼠标拖拽至任何可能的地点系统便会生成相应的全新的剪纸图案。同时,也可对各个剪纸图案本身进行选择,当选中剪纸背景图中其中某个剪纸图案时,使用鼠标拖拽至任何坐标,该剪纸图案便会原封不动的出现在鼠标左键放下的坐标。利用我们所建立的剪纸风格动画背景生成系统,通过将各类剪纸图案放入不同的位置,并按用户意愿进行简单调控,便可组合出不同的剪纸动画背景图。本文的主要贡献以及创新点本文所建立的剪纸风景动画背景,主要是非真实感建模与绘制,我们的工作中,主要的创新贡献在于以下几个方面截至目前为止,我们还未发现专门对剪纸风格的背景图进行建模的文献,我们是首次对此类剪纸图案库进行计算机建模 浙江大学硕十学位论文第章工作总结及展望在手工剪纸动画背景图中树、花、草等背景图案几乎是完全静止的,这不符合常理。而本文通过简单的动画即可实现其自然的随风摆动。该系统的完成大大简化了手工剪纸动画片中极其费工费时且灵活性差的背景图的生成。这对制作剪纸动画有非常重要的意义。进一步的研究工作本文的目的仅在于模拟手工剪纸中的动画背景,因此,我们在建模过程中没有严格的考虑手工剪纸作品中为了保证各个剪纸图案之间的连通而刻意加上去的细短线。本文讨论并实现了剪纸风格树、花、草、山石、房屋等剪纸图案,他们都属于自然风景范畴,在以后的研究中,可以在现有基础山展开如下几种工作彩色剪纸。在同一个画面上有两种或两种以上颜色的剪纸称为彩色剪纸。如“点色剪纸”是在白色剪纸上进行染色的而“套色剪纸”、“衬色剪纸”、“分色剪纸”和“拼色剪纸”等是通过套、衬、分,拼等手段,将两种或多种色纸,根据不同要求剪叠在同一画面上。为了实现彩色剪纸效果,我们需要建立相应的渲染模型来对剪纸图案进行渲染。创造更为庞大的剪纸风格背景图形库。本文只对市面上现有的部分手工剪纸动画中的背景图进行了模拟。今后可以考虑对其他不常见的剪纸动画片的背景图案进行建模也可考虑对手工剪纸动画片中未曾出现的现代图形例如飞机、火车、大厦等进行建模还可考虑对室内景观比如桌子,椅子,茶壶等进行建模。最后,剪纸艺术分为阴刻,阳刻,阴刻与阳刻结合三种类型。我们建立的剪纸模型主要为阳刻、阴阳刻结合两种类型,以后的工作中可以考虑对纯阴刻的剪纸图案进行建模。 浙江人学硕卜学位论文参考文献参考文献」,"一【」一,一【」几,"一,"一,,,"一【,一"一」,,,,,,一【,,"一」,"一,"一【川于金辉,徐晓刚,彭群生,一个三维计算机水粉笔刷模型,计算机辅助设计与图形学学报,,一一【,,"一【,,,一【』,,,一, 浙江大学硕士学位论文参考文献,一〔孙济洲,白海飞齐亚峰,基于纹理映射的中国水墨画“干笔飞白”效果的仿真生成,天津大学学报,,·张海离,陈为,于金辉,利用实时绘制水墨画效果,计算机辅助设计与图形学学报,,一【已,讼产卫,一【李胜,孟样旭,基于曲线光线追踪的非真实感绘制算法,系统仿真学报,一娜五肠叫,,田火,毗皿,一,扮,即一臼即",,刀一,一,明,认刀切别吧,日阳"涂传鹏,于金辉,“计算机生成剪纸风格流水动画”,计算机辅助设计与计算机图形学报,,一张显权,于金辉等,计算机辅助生成剪纸形象,计算机辅助设计与图形学学报,,一汾送,职肠一,叩份,,泣,址,如,即,刀,一以爪,,·罗川盯,,一 浙江大学硕士学位论文参考文献基凤皋中外剪纸艺术「〕沈阳辽宁美术出版社,朱雅音,化文,万丰等确定两个任意简单多边形交、并、差的算法计算机研究与发展,,,治,叭叽胡出如助”【』,,明价罗。址一扣旧切压喊"一纵却,,的,,切日份即,,翩抖"印刀·,丫,,,喇邵【拟田吐初"山川公汀叨肠,仆一电,·,罗,,【』刀沁曲介幼,以,丫,,·毛川,即一丫切,,一予即明血一·,,幼,,叭丫,,丫一,助一切叮压皿叩“一卫"卫【』诵别吐助让砚山目别的奴叮 浙江人学硕学位论文参考文献一【』一一"一一",一 浙江人学硕学位论文致谢致谢在研究生两年的学习和研究生涯即将完成之际,我要首先由衷地感谢我的导师于金辉研究员,正是在他的大力指导之下我才`顺利的完成本文的工作。在我攻读硕士学位期间,于老师一丝不苟的工作作风、渊博的知识和严谨的治学态度,给我留下了极其深刻的印象,也给我树立了榜样。无论是在平时的研究生学习和研究期间还是在论文的选题与写作上,自始至终都受到于老师的悉心指导和教诲,使我能保持一个积极向上的态度对待今后的工作和生活,让我受益终生。在实验室学习的两年半期间,于老师一直悉心指导我进行研究工作。他为选择我最感兴趣且最擅长的研究方向,时时关注我的研究进展。他总是百忙之中和我共同探讨各种算法的实现,并能够及时对我的研究提出一针见血的建议,让我大大提高了编程能力,并拓展了思维。于老师待人和蔼可亲,正直坦率,有这样的老师指导我,真的荣幸之至。同时,我也要特别感谢实验室的全体老师和工作人员。在这个和谐的团队内和大家一起学习、一起研究讨论,我深深的感受到了团队的凝聚力和集体的温暖。他们灵活的思路、渊博的知识和高涨的热情都深深地影响了我,让我倍感温馨。另外,我还要特别感谢我的师兄方建文博士、蔡飞龙博士、胡桃成博士和苏延辉博士。在我论文的撰写过程中,与他们的无数次讨论与沟通,让我学到了很多思考和解决实际问题的能力。还要感谢江曦楠,师弟谷讳、李著文,师妹廖京、张婷等平时给予的大量帮助。衷心感谢我的父母,多年来在学业上、生活上和精神上毫无保留的给予我极大的理解和支持,让我能全身心投入科研并保持激情。最后非常感谢评阅、评议论文和答辩委员会的各位专家学者能在百忙之中给予指导拜谢雷鸣年月于浙大求是园