基于扫描线的卡通画渲染方法

摘 要 通过分析卡通画的艺术特点，提出一种基于扫描线的卡通风格渲染方法，首先对用户输入的图像进行边缘检测提取出轮廓，然后进行颜色的均一化处理，最后得到具有卡通风格的结果图像．为了满足本算法的要求，提出了基于直方图的边缘检测参数的计算和基于扫描线的颜色处理两个算法，能够自动、实时地完成渲染过程．实验结果表明，本方法的渲染效果更接近于手绘风格，且无需用户交互，适合于卡通动画和个性化照片等领域的应用。 关键字：盲多用户检测，前馈神经网络，恒模算法，峰度准则 目 录摘 要??? IABSTRACT??? II第一章 绪 论??? 11.1 计算机图形学与图像渲染??? 11.2 非真实感图像渲染??? 21.3 非真实感图像渲染分类??? 31.4 卡通画及其特点??? 41.5 卡通渲染的发展现状与应用??? 5第二章 理论基础??? 72.1 图像基础??? 72.2 图像处理方法??? 82.3 图像空间的轮廓线检测算法??? 122.3.1基于多边形面片描述物体的轮廓线检测算法??? 132.3.2 基于自由曲面描述物体的轮廓线检测算法??? 14第三章 基于扫描线的渲染方法??? 163.1算法框架??? 163.2算法描述??? 163.2.1平滑去噪??? 163.2.2基于图像直方图的轮廓提取??? 17第四章 结论与展望??? 18参考文献??? 19致? 谢??? 20 ?计算机图形学与图像渲染 计算机图形学是近30年来发展迅速、应用广泛的新兴学科，是计算机科学最活跃的分支之一。如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了其主要研究内容。 计算机图形学的研究始于50年代，当时只是为了在绘图仪和阴极射线管(CRT)屏幕上输出图形，60年代是计算机图形学得到确立并蓬勃发展的时期，70年代则是这方面技术进入实用化的阶段。不过，直到80年代初，和别的学科相比，计算机图形学还是一个很小的学科领域，主要原因是由于图形设备昂贵、功能简单、基于图形的应用软件缺乏，随着光栅图形显示器的出现，计算机图形系统才得到了很大的发展和广泛的应用。进入90年代，计算机图形学的功能除了随着计算机图形设备的发展而提高外，其软件技术、系统更加成熟，并朝着标准化、集成化和智能化的方向发展。事实上，图形学的应用从某种意义上标志着计算机软、硬件的发展水平。计算机图形学之所以能在它短短的30多年历史中获得飞速发展，其根本原因是图形为传递信息的最主要媒体之一。 人们要利用计算机进行工作，必须有人和计算机之间传递信息的手段—人机界面。人机界面从早期的读卡机及控制板上的开关、指示灯发展到键盘和字符中断，再发展到基于键盘、鼠标、光笔等输入设备和光栅显示器的图形用户界面，而最终必然过渡到带给用户身临其境感觉的三维用户界面—虚拟环境(虚拟现实)。人机界面的发展过程正好对应着计算机技术从初级到高级的发展过程。计算机图形学来源于生活、科学、工程技术、艺术、音乐、舞蹈、电影制作等，反过来，它又大大促进了这些领域的发展。 图像渲染是将三维的光能传递处理转换为一个二维图像的过程。场景和实体用三维形式表示，更接近于现实世界，便于操纵和变换，而图形的显示设备大多是二维的光栅化显示器和点阵化打印机。从三维实体场景的表示到二维光栅和点阵化的表示就是图像渲染—即光栅化。光栅显示器可以看作是一个象素矩阵，在光栅显示器上显示的任何一个图形，实际上都是一些具有一种或多种颜色和灰度象素的集合。由于对一个具体的光栅显示器来说，象素个数是有限的，象素的颜色和灰度等级也是有限的，象素是有大小的，所以光栅图形只是近似的实际图形。如何使光栅图形最完美地逼近实际图形，便是光栅图形学要研究的内容。 1.2 非真实感图像渲染 正像人们意识到绘画的最终目的并不仅仅是模仿自然和真实再现外部世界，在计算机图形学中的图像渲染领域，更应该有多样化的目标和选择。 尤其在近十年以来，这种多样化的探索形成了一个高潮，一个术语渐渐流行起来，它就是“非真实感图像渲染"，又称之为风格化渲染。非真实感图像渲染并不关心像照片般真实地再现客观世界，恰恰相反，它更专注于图形个性化和艺术化的表达。在非真实感图像渲染中，需要对渲染内容和方式做出主动的选择。对内容创造者来说他认为重要的部分要重点表现，而且要用他认为合适的方式来表现，而被创作内容在视觉上的真实并不是被考虑的重点。非真实感图像渲染经常由一个应用程序实现，这个程序以一幅图像或三维实体为输入，而输出特定艺术风格的图像。 计算机图形学研究人员的趣味的变化与绘画历史的发展有相似之处。在相当长的历史阶段中，画家们都以真实再现外部世界为最高目标，并为此创造了许多方法和技巧（如透视等）。而画家的趣味也在改变，尤其是在照相机发明之后，因为没有人能够象照相机那样真实地再现外部世界。他们把目光投入到内心深处，于是又产生大量的个人化艺术化和风格多样的绘画流派和艺术体验。计算机图形学研究人员在图像渲染中也发现了更多样的选择，在这个领域做出了大量的尝试和探索。 非真实感图像渲染最初起源于传统的绘画系统，在这样的系统中，用户可以使用合成的艺术化工具—铅笔笔刷，喷笔笔刷等，在虚拟画布上绘制图画。这些系统关注于自然媒介(Natural media)的模拟。再后来的进展就是研究人员为绘画系统提供更多更复杂的笔刷和画布，并提供图像的合成功能用来渲染美术风格。而最近在非真实感图像渲染领域的进展更多是融合了三维技术，将传统的图像渲染方法与非真实渲染的技巧相结合，研究实时的，交互的图像渲染。