專利名稱：一種基于紋理學(xué)習(xí)的電子毛筆建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理方法，特別涉及一種基于紋理學(xué)習(xí)的電子毛筆建模方法。
背景技術(shù)：
中國書法作品在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上獲得書法圖片的方法一般通過掃描儀將真實(shí)書法作品掃描進(jìn)電腦。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和交互式設(shè)備的發(fā)展，虛擬毛筆技術(shù)為設(shè)計(jì)者提供了一種更為方便快捷的工具，使得藝術(shù)設(shè)計(jì)者能過更專注于在電腦上進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作。目前的虛擬毛筆技術(shù)主要是能過基于物理的虛擬毛筆書寫方法。這種虛擬書寫方法是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力來仿真毛筆在書寫過程中真實(shí)的物理屬性，比如毛筆筆觸與宣紙之間的交互作用而產(chǎn)生的彈性形變，墨水顆粒在紙張表面發(fā)生的擴(kuò)散、滲透運(yùn)動(dòng)等等。但是，要精確仿真真實(shí)書寫環(huán)境里的物理屬性是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，該方法的主要缺點(diǎn)就是計(jì)算量太大，而導(dǎo)致處理時(shí)間過于漫長。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種運(yùn)算量少、反應(yīng)時(shí)間快的基于紋理學(xué)習(xí)的電子毛筆建模方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是提供一種基于紋理學(xué)習(xí)的電子毛筆建模方法，包括以下步驟，(A)，用戶在數(shù)字手寫板上輸入書寫筆畫并以多個(gè)離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)；(B)，將上述離散點(diǎn)作為書寫筆畫的骨架點(diǎn)并根據(jù)每一骨架點(diǎn)的書寫力度在骨架點(diǎn)的兩側(cè)產(chǎn)生兩組相對(duì)應(yīng)的邊緣輪廓點(diǎn)；(C)，采用樣條曲線擬合上述產(chǎn)生的兩組輪廓點(diǎn)并形成筆畫的線條輪廓；(D)，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的方法對(duì)真實(shí)的毛筆書法紋理進(jìn)行學(xué)習(xí)，并獲得書法紋理的灰度值序列；(E)，根據(jù)上述獲得的灰度值序列向筆畫的輪廓內(nèi)側(cè)填充并最終獲得毛筆書法作品。作為本發(fā)明的一優(yōu)選方案，所述每一離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括離散點(diǎn)的橫坐標(biāo)值、 縱坐標(biāo)值、壓力值、書寫速度值。作為本發(fā)明的一優(yōu)選方案，所述步驟(A)進(jìn)一步包括以下步驟，(Al)，對(duì)數(shù)字手寫板掃描到的離散值以一定的時(shí)間間隔進(jìn)行取值，并將取到的值作為離散點(diǎn)集合；(A2)，將上述獲得的離散點(diǎn)集合中每一離散點(diǎn)的壓力值和速度值進(jìn)行濾波操作，使離散點(diǎn)集合盡可能地平滑；(A3)，將上述濾波操作后的離散點(diǎn)信息存儲(chǔ)。作為本發(fā)明的一優(yōu)選方案，所述數(shù)字手寫板每隔150ms-250ms對(duì)書寫筆畫進(jìn)行掃描。作為本發(fā)明的一優(yōu)選方案，所述(C)步驟中所述的樣條曲線是三次B樣條曲線。本發(fā)明的技術(shù)方案相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，可取得的有益效果是本發(fā)明所述的虛擬毛筆書寫方法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的方法獲取真實(shí)的毛筆書寫紋理，使最終獲得的毛筆筆畫畢真形象，并且計(jì)算機(jī)處理的速度快。


此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1是本發(fā)明所述的基于紋理學(xué)習(xí)的電子毛筆建模方法的流程圖；圖2是本發(fā)明所述的用戶在數(shù)字手寫板上輸入書寫筆畫并以多個(gè)離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的流程圖；圖3是本發(fā)明所述書寫壓力-筆畫寬度(p-w)函數(shù)示意圖；圖4是本發(fā)明所述骨架點(diǎn)(a欄)生成輪廓點(diǎn)(b欄)，再由輪廓點(diǎn)(b欄)擬合成線條輪廓(c欄)的示意圖；圖5是本發(fā)明所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的方法對(duì)真實(shí)毛筆的紋理學(xué)習(xí)示意圖；圖7是本發(fā)明所述的對(duì)真實(shí)毛筆書法的分層級(jí)示意圖；圖8是本發(fā)明所述的紋理選擇函數(shù)曲面示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚、明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明所述的基于紋理學(xué)習(xí)的電子毛筆建模方法包括以下步驟，步驟A，用戶在數(shù)字手寫板上輸入書寫筆畫并以多個(gè)離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)。數(shù)字手寫板對(duì)于計(jì)算機(jī)來說是一種輸入設(shè)備，用于輸入文字或圖像。數(shù)字手寫板可以通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連。用戶采用手寫筆在數(shù)字手寫板上書寫筆畫，數(shù)字手寫板以一定的時(shí)間間隔對(duì)其表面進(jìn)行掃描，因此可以偵測(cè)出用戶在數(shù)字手寫板上的書寫過程，并且，將該書寫筆畫用多個(gè)離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)。該離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括橫坐標(biāo)值 χ、縱坐標(biāo)值y、壓力值P、書寫速度值v，可以將離散點(diǎn)的結(jié)構(gòu)表達(dá)成Pti {x, y，p，t，ν}，其中
速度值ν是通過以下公式計(jì)算得出，Pti. 1； = VAy2+Ax2
r 1At其中，Ay= Pti. y-pt^. yΔ χ = Pti. x-ptH. χAt = Pti. t-ptH. t在上述公式中，t代表時(shí)間，At代表時(shí)間差值，Δ χ代表橫坐標(biāo)值χ的變量，Ay 代表橫坐標(biāo)值y的變量。同時(shí)，將離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)起來，存儲(chǔ)的載體可以有多種，如計(jì)算機(jī)的緩存、主存等。如果數(shù)字手寫板對(duì)其表面進(jìn)行掃描的時(shí)候頻率較大，獲取的離散點(diǎn)過密，故會(huì)產(chǎn)生冗余數(shù)據(jù)；另外，手寫筆與數(shù)字手寫板之間的接觸相對(duì)于傳統(tǒng)的毛筆與紙的接觸更硬。為進(jìn)一步使離散點(diǎn)的取值更加合理，并且使離散點(diǎn)的壓力值更加均勻。如圖2所示，作為一優(yōu)選方案，步驟(A)進(jìn)一步包括以下步驟，步驟Al，對(duì)數(shù)字手寫板掃描到的離散值以一定的時(shí)間間隔進(jìn)行取值，并將取到的值作為離散點(diǎn)集合；對(duì)數(shù)字手寫板的取值以一定的時(shí)間間隔進(jìn)行取值，該時(shí)間間隔可以在150ms-250ms之間進(jìn)行取值。并將取到的值Pti {x，y，p，t，ν} 作為離散點(diǎn)集合。因此，可以避免由于數(shù)籽手寫板的硬件本身的參數(shù)，而使離散點(diǎn)的取值過多或過少并影響到最終的毛筆作品效果。步驟Α2，將上述獲得的離散點(diǎn)集合中每一離散點(diǎn)的壓力值和速度值進(jìn)行濾波操作，使離散點(diǎn)集合盡可能地平滑。手寫筆與數(shù)字手寫板接觸時(shí)相對(duì)于實(shí)際中毛筆與紙的接觸手感較硬。因此，將上述獲得的離散點(diǎn)集合中根據(jù)每一離散點(diǎn)的壓力值P和速度值ν進(jìn)行濾波操作，使離散點(diǎn)集合盡可能地平滑。步驟A3，將上述濾波操作后的離散點(diǎn)信息存儲(chǔ)。當(dāng)完成濾波處理后，將離散點(diǎn)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。存儲(chǔ)的載體可以有多種，如計(jì)算機(jī)的緩存、主存等。步驟B，將上述離散點(diǎn)作為書寫筆畫的骨架點(diǎn)并根據(jù)每一骨架點(diǎn)的書寫力度在骨架點(diǎn)的兩側(cè)產(chǎn)生兩組相對(duì)應(yīng)的邊緣輪廓點(diǎn)。根據(jù)步驟A中所取的離散點(diǎn)作為書寫筆畫的骨架點(diǎn)，同時(shí)，根據(jù)每一骨架點(diǎn)的書寫過程中的壓力值P在它的兩側(cè)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的邊緣輪廓點(diǎn)，每一骨架點(diǎn)兩側(cè)的輪廓點(diǎn)之間的連線與該骨架點(diǎn)的速度值ν的運(yùn)動(dòng)方向垂直。根據(jù)實(shí)際毛筆的書寫過程，當(dāng)壓力值ρ越大，筆畫的寬度越大。如圖3所示，本發(fā)明提出了一種書寫壓力-筆畫寬度(press-width)函數(shù)。具體來說，就是將步驟A中所獲得的離散點(diǎn)集合作為筆畫的骨架，再根據(jù)離散點(diǎn)的壓力大小生成不同寬度的輪廓點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種基于紋理學(xué)習(xí)的電子毛筆建模方法，其特征在于，包括以下步驟，(A)，用戶在數(shù)字手寫板上輸入書寫筆畫并以多個(gè)離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)；(B)，將上述離散點(diǎn)作為書寫筆畫的骨架點(diǎn)并根據(jù)每一骨架點(diǎn)的書寫力度在骨架點(diǎn)的兩側(cè)產(chǎn)生兩組相對(duì)應(yīng)的邊緣輪廓點(diǎn)；(C)，采用樣條曲線擬合上述產(chǎn)生的兩組輪廓點(diǎn)并形成筆畫的線條輪廓；(D)，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的方法對(duì)真實(shí)的毛筆書法紋理進(jìn)行學(xué)習(xí)，并獲得書法紋理的灰度值序列；(E)，根據(jù)上述獲得的灰度值序列向筆畫的輪廓內(nèi)側(cè)填充并最終獲得毛筆書法作品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紋理學(xué)習(xí)的電子毛筆建模方法，其特征在于，所述每一離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括離散點(diǎn)的橫坐標(biāo)值、縱坐標(biāo)值、壓力值、書寫速度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紋理學(xué)習(xí)的電子毛筆建模方法，其特征在于，所述步驟 (A)進(jìn)一步包括以下步驟，(Al)，對(duì)數(shù)字手寫板掃描到的離散值以一定的時(shí)間間隔進(jìn)行取值，并將取到的值作為離散點(diǎn)集合；(A2)，將上述獲得的離散點(diǎn)集合中每一離散點(diǎn)的壓力值和速度值進(jìn)行濾波操作，使離散點(diǎn)集合盡可能地平滑；(A3)，將上述濾波操作后的離散點(diǎn)信息存儲(chǔ)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于紋理學(xué)習(xí)的電子毛筆建模方法，其特征在于，所述數(shù)字手寫板每隔150ms-250ms對(duì)書寫筆畫進(jìn)行掃描。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紋理學(xué)習(xí)的電子毛筆建模方法，其特征在于，所述(C)步驟中所述的樣條曲線是三次B樣條曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于紋理學(xué)習(xí)的電子毛筆建模方法，包括以下步驟，用戶在數(shù)字手寫板上輸入書寫筆畫并以多個(gè)離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)；將上述離散點(diǎn)作為書寫筆畫的骨架點(diǎn)并根據(jù)每一骨架點(diǎn)的書寫力度在骨架點(diǎn)的兩側(cè)產(chǎn)生兩組相對(duì)應(yīng)的邊緣輪廓點(diǎn)；采用樣條曲線擬合上述產(chǎn)生的兩組輪廓點(diǎn)并形成筆畫的線條輪廓；使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的方法對(duì)真實(shí)的毛筆書法紋理進(jìn)行學(xué)習(xí)，并獲得書法紋理的灰度值序列；根據(jù)上述獲得的灰度值序列向筆畫的輪廓內(nèi)側(cè)填充并最終獲得毛筆書法作品。采用上述方案，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的方法獲取真實(shí)的毛筆書寫紋理，使最終獲得的毛筆筆畫畢真形象，并且計(jì)算機(jī)處理的速度快。
文檔編號(hào)G06K9/68GK102306308SQ20111024846
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者周昌樂, 張俊松, 肖偉屹 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)