辽宁大学学报
自然科学版
第
39
卷第
2
期
2012
年
JOURNAL
OF
LIAONING
UNIVERSITY
Natural Sciences Edition
Vo
l.
39
No.2
2012
基于流体动力学的水墨画绘制算法研究与设计
赵杨
1\
阮艳萍杨剑兰
2
(1.云南师范大学传媒学院动画系，云南昆明白
0092
，
2.
昆明医学院海源学院，云南昆明
650101
)
摘
要:将流体动力学理论引入水墨粒子在浅水层运移和传输规律的研究.通过
Helmholtz
-
Hodge
分解，
求解基于
Navier
-
Stokes
偏微分方程组的水墨运动模型，整个求解过程是稳定、高效的.同时设计了一个快
速交互式水墨画着色算法，可对水墨画上色.实验结果表明，最后形成的仿真效果，水墨画韵味十足.
关键词:中国水墨画;流体动力学;数字艺术;数字文化遗产保护
中图分类号
:T
P3
91
文献标识码
:A
文章编号:
1000-5846 (2012) 02
-0
144
-0
5
。
引言
中国水墨画历史悠久，是东方文化的象征与
瑰宝，相传始于唐代，盛于宋元，明清及近代以来
续有发展
[1]
不同于西方绘画，中国水墨画注重
写意，追求笔墨苦涩、空灵、清远的意境，以其独特
的艺术风格，在世界绘画领域独树一帜
[2]
随着数字娱乐产业的蓬勃发展，水墨画这种
传统艺术风格越来越多地出现在电视、网络及广
告等新兴媒体之上.特别是近年来随着非真实感
绘制技术的不断发展，运用逻辑严谨规范的计算
机技术对这种极为随意挥洒的中国古老艺术形式
进行仿真研究是计算机艺术领域极具挑战性的课
题
目前，对中国水墨画的仿真研究可分为两类:
基于物理建模的方法和面向艺术效果的方法
[3
J
本文所研究的是采用物理建模的方法对水墨画进
行仿真.本文将流体动力学理论引人水墨粒子在
浅水层中运移和传输规律的研究，通过对水墨效
果成因物理规律的探究达到对水墨画进行仿真的
目的.
1
相关工作
西画非真实感绘制涉及对多种西方绘画形式
*作者简介:赵
杨(1
980
- )
，硕士，讲师，从事计算机软件研究.
收稿日期
:2012
-03
一
11
的效果仿真，主要包括水彩画、油画、素描等
[2]
其中对水彩画这种特殊艺术效果的仿真研究一直
是倍受国内外学者关注的课题之一.由于水彩画
与水墨画在绘制原理和绘制效果方面最为接近，
本文首先讨论水彩画的仿真研究工作.
1991
年
Small
首次提出运用细胞自动机
(Cellular
Automata)
理论生成水彩画，该方法通过
模拟颜料与水的交互作用，获得较为逼真的效
果
[3]
但该方法计算量较大(
10
6
网格
)
，若不采用
并行处理技术很难达到实时绘制的目标.
在
Small
工作基础上，
Cassidy
提出用三层模
型(浅水层、颜料沉积层、毛细作用层)来模拟水
彩的流动和颜料扩散
[4]
但该方法计算量较大，
共有
11
面需要合成，反复执行模拟器
2750
次
[5]
Adrien
Bousseau
等人于
2007
年提出一种视
频水彩化的新算法
[6]
通过沿着光流平流水彩纹
理，该方法可以有效地确保帧间的连贯性和时间
的一致性.以上研究者提出的经典算法为水墨画
的仿真研究提供了良好的思想和技术借鉴.
水墨画的创作用具主要为笔、墨、纸、砚.纸是
水墨画的载体，所以纸的建模直接关系到水墨效
果仿真的质量
.1991
年
Guo
等人提出将纸平面划
分为小区域，各区域内分布大量具有随机方向的
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