李新友，徐志英

（1. 河北旅游职业学院，河北 承德 067000 2.朝阳师范高等专科学校，辽宁 朝阳 122000)

1.非真实感绘制

在计算机图形学40 多年的发展历史中，真实感绘制一直是贯穿其中的主旋律。随着计算机图形硬件和算法的不断发展、改进，人们已能真实地模拟各种自然界的客观现象和思想中的特殊效果了。特别是《阿凡达》《变形金刚》等好莱坞电影中，真实感图形与电影胶片拍摄出的图像得到了完美的结合。作为真实感图形学的有效补充，非真实感绘制重点在于表现图形图像的艺术特质、模拟艺术作品。非真实感绘制风格灵活多样重，重点在于重现手绘特征，所以又称被为风格化绘制。非真实感绘制以模拟各种艺术形式来刻画丰富多彩的现实和虚幻的世界为主要目标[1]。非真实感绘制不以追求精确性为目的，而是根据设计者的主观想象来绘制图形，以模拟近似、追求更好的艺术效果为目标。非真实感计算机图形学这一术语已经开始用于表示这一领域，该领域处理的是用计算机生产一类图像和动画的问题。通常，这类图像和动画是部分地由“手工”创作完成的。因此当应用计算机进行艺术创作时，应当采用非真实感的绘制方法来再现客观事物，进而缩小科学与艺术之间的距离。非真实感绘制丰富了计算机图形学的研究领域，同时也弥补了真实感绘制的局限性。

非真实感绘制的概念最早是在20 世纪80 年代发表的两篇论文中提出的，但这两篇论文所展示的技术当时仍被孤立地对待。 20 世纪90 年代随着几篇论文 在SIGGRAPH 会 议（winkenbach and salesin，1994 年和salisbury 等，1994 年）和Eurograph 会议（strothotte 等，1994 年）上的发表，非真实绘制这一新领域的轮廓才逐渐显现出来。这些论文通过展示潜在原则的通用性而有效地开辟了新途径。多种具有手绘风格的艺术作品已经通过非真实感绘制技术成功生成。非真实感绘制技术包含了更为广阔的应用领域，并不仅仅局限于此，它为更多艺术形式的生成提供了前所未有的机会[2]。

2.非真实感动画

非真实感动画已经逐渐成为非正式感绘制中的独立领域，动画数据可以作为运动图像利用非真实感绘制进行可视化，也可以作为静态图像被可视化，而且这些静态图像带有指示运动的一些附加标记。第一届非真实感动画和绘制会议在法国召开，会议倡议把更多的投入和精力放在非真实感动画研究与开发工作中。现在已生成多种不同风格的非真实感绘制形式，如Meier 在《Painterly rendering for animation》文中提出的油画效果[3]、Kowalski 等人在《Art-Based Rendering of Fur, Grass，and Trees》文中提出的漫画效果[4]、Haga 等人提出的钢笔画效果[5]、于金辉等人提出的中国画效果[6]。相对于丰富多彩的非真实感绘制形式，目前非真实感动画的论文和技术相对较少，有待我们进一步发掘和探索。

动画可以定义为使用绘画的手法，创造生命运动的艺术。作为一个与真实感绘制与动画相对应的分支，非真实感绘制与动画关注于那些原来由手工制作，现在改由计算机自动生成的动画。利用非真实感绘制丰富的技术和手段，使绘画作品随时间变化而变化，从而创造出非真实感动画效果[3]。

2.1 静态图像表现动态效果

如图1 所示，一旦给定运动方向，卡通中可采用许多技术以在静态图像中表示运动，可将这些技术用做单个的风格元素，也可以将它们加以组合，从而制作出一些用逐帧动画无法完成的效果。

图1 用速度线线表示运动

非真实感动画中运用流线的方法来表现快速的运动，例如，表现疾驰的汽车、快速奔跑、物体冲出画面等，都可以采用速度性流线。第二种是效果性流线。这是动画中运用夸张的一种手段，表现某种感觉和特殊效果所产生的流线[8]。人们已经设计了一些方法，以自动地计算这种对运动的可视化，在每帧中均需要速度线，同时也应该考虑速度线的隐线消除，由用户控制的变量来刻画运动的速度线的数目。最后，还需要计算要发出速度线的实际位置。

2.2 基于粒子系统的非真实感动画

基于粒子系统的非真实感动画是目前最成功的非真实感动画生成方法。粒子的位置由三维空间中几何模型的许多点来确定，标记、圆点和笔划等瑕疵的占位符号由这些粒子绘制。在影视特技中通过粒子系统来生成一些特殊视觉效果。粒子系统[9]采用不同方法来构造、绘制景物，随机分布的、大量不规则的粒子用来定义景物，并且每一个粒子都有自己的生命周期，这些粒子不断运动、不断改变形状。粒子系统的这一特性可以很好的用来模拟雾、水、火、云等不规则物体的随机性和动态性[10]，Softimage，3DMAX，Maya等应用软件已成功引入粒子系统的思想来模拟各种不规则的自然景物。

在粒子系统这一方法中，三维空间中的几何模型的许多点被定义为所谓的粒子的位置。这些粒子被用于绘制诸如笔划、标记或圆点等瑕疵的占位符号。该方法可分为如下三步：[5]

(1) 生成粒子，可用许多方法中的任意一种为需要用粒子绘制的物体表面增加粒子；

(2) 指定并应用属性，对于动画中的每一帧，需要生成几个缓冲器，并随后从这几个缓冲器中导出参数；

(3) 加入随机性、绘制帧及对参数设置动画，对于几何模型，已经明确指定了粒子系统，并且算法的前一步是确定性的，那么重复这些动画时，就可以获得帧连贯性。

我们可以根据具体的要求定义每个粒子的属性和整个粒子系统的属性，如风的影响，粒子自身的速度等等。其结构体代码如下表所示：

粒子结构的定义： typedef struct {float mas; /* 质 量 */float pos[3]; /* 位置 */float vel[3]; /* 速度 */float force[3]; /* 受力 */…… /* 其他信息 */float alp; /* 透明度 */} *Particle;粒子系统的定义： typedef struct {Particle *p; /* 粒子指针数组 */int num; /* 粒子数量 */float time; /* 仿真时钟*/…… /* 其他信息 */} *ParticleSystem;

3. 结论

近些年，非真实感绘制与动画逐渐引起人们的研究兴趣，并在各个领域额中有着十分广泛的应用。结合我国传统文化和传统艺术，我们在非真实感绘制与动画这个领域取得了一定的成就和创新，但这一研究领域仍具有很大挑战性，同时也是一个充满乐趣和想象力的研究方向，更多的生成方法有待我们进一步地开发和研究[11]。