翟 月

（安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蚌埠 233000）

計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)是通過程序算法將平面、空間圖形轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)顯示的柵格圖形的技術(shù)，人類計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和科技領(lǐng)域的發(fā)展受到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要影響，雖然計(jì)算機(jī)圖形處理發(fā)展時(shí)間尚短，但是此技術(shù)得到了眾多專家學(xué)者的深入研究，為此研發(fā)出了眾多的算法用于計(jì)算機(jī)圖形的處理，比如做出抽象合成物體圖像和具體的有形物體圖像，同時(shí)將靜態(tài)圖像制作成為動態(tài)的圖像，對于信息交流發(fā)展意義重大。計(jì)算機(jī)圖像非真實(shí)感渲染技術(shù)作為一個(gè)新興技術(shù)，受到各方面的高度關(guān)注，當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)鉛筆畫、油畫、水彩畫等多種藝術(shù)效果的圖像，目前計(jì)算機(jī)圖像非真實(shí)感渲染技術(shù)的表現(xiàn)有模仿畫家的創(chuàng)作與采用濾波技術(shù)處理圖像，前者需要用戶自己進(jìn)行交互處理，而后者則是通過不同的平滑和銳化模板對圖像進(jìn)行濾波處理，進(jìn)而達(dá)到圖像的風(fēng)格化處理，且在實(shí)際工作中應(yīng)用廣泛，如當(dāng)前PS技術(shù)。

1、計(jì)算機(jī)圖像的非真實(shí)感渲染技術(shù)的發(fā)展歷史

計(jì)算機(jī)圖像的非真實(shí)感渲染技術(shù)自出現(xiàn)到現(xiàn)在一直是國際會議的焦點(diǎn)，并且經(jīng)過無數(shù)專家學(xué)者的努力，已取得杰出成果。利用計(jì)算機(jī)圖像非真實(shí)渲染技術(shù)不僅能夠繪制藝術(shù)作品風(fēng)格的二維平面圖，還能夠拓展三維立體的非真實(shí)圖像，但是真實(shí)感和非真實(shí)感表現(xiàn)手法是有很大不同的，區(qū)別之一就是物體的特征和藝術(shù)特質(zhì)無法通過真實(shí)感得以表現(xiàn)，所以非真實(shí)感繪制慢慢得到了人們的認(rèn)可，當(dāng)前已經(jīng)成為了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域發(fā)展的重要技術(shù)點(diǎn)。非真實(shí)感技術(shù)沒有對術(shù)語表達(dá)型、美術(shù)等進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)范，其主要表現(xiàn)的形式有說明性繪制以及藝術(shù)繪制、通過術(shù)語明確的表達(dá)研究目標(biāo)。非真實(shí)感不同于真實(shí)感的對照片的模擬以及真實(shí)場景再現(xiàn)，其只是對其進(jìn)行部分真實(shí)感再現(xiàn)，留有一部分作為非正式感的變現(xiàn)，例如普通三維線框圖。

2、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)現(xiàn)狀

2.1、 基于圖像處理技術(shù)的發(fā)展

三維非真實(shí)感是針對人們生活現(xiàn)實(shí)狀況的最好反映，通過將圖像以空間模型的形式進(jìn)行表現(xiàn)，之后再加入非真實(shí)的夸大風(fēng)格，進(jìn)而形成了空間藝術(shù)風(fēng)格形式，

空間藝術(shù)風(fēng)格形式的重點(diǎn)是透視和投影，也就是通過扭曲、變形圖像透視變換并觀察和修正圖像的試點(diǎn)變換分割真實(shí)圖像，將其變?yōu)槠叫型敢暫屯队?，最后通過平面變換形成了空間藝術(shù)風(fēng)格圖像，之后還有其他的空間藝術(shù)風(fēng)格出現(xiàn)，例如半球型表面投影技術(shù)、傾斜角平面投影技術(shù)、曲線追蹤算法的計(jì)算機(jī)非真實(shí)感繪制、三維鉛筆畫動畫、自動生成卡通以及等級結(jié)構(gòu)卡通與模型等等三維空間藝術(shù)風(fēng)格。

2.2、 基于圖像的非真實(shí)感的紋理合成技術(shù)

我們利用計(jì)算機(jī)能夠自動生成藝術(shù)風(fēng)格的圖像，這就是三維空間圖像非真實(shí)感無筆繪制技術(shù)，這種技術(shù)的特點(diǎn)是運(yùn)用邊緣檢測、分割、濾波等技術(shù)處理圖像，圖像會因此產(chǎn)生特殊的視覺效果，技術(shù)憂點(diǎn)是不會產(chǎn)生繪畫過程、繪畫工具復(fù)雜建模出現(xiàn)的問題。

3、基于計(jì)算機(jī)圖像的非真實(shí)感繪制技術(shù)

一般情況下，無筆劃繪制和筆劃繪制是基于圖像的非真實(shí)感繪制技術(shù)根據(jù)圖像模擬方式劃分的兩種形式，根據(jù)圖像的風(fēng)格形式可以分為線條繪制、素描繪制。

3.1、 基于圖像的線條畫繪制技術(shù)

線條畫具有較強(qiáng)的抽象性和較好的表現(xiàn)力，我們在美術(shù)創(chuàng)作、工藝美術(shù)、科技文獻(xiàn)以及平面廣告中都經(jīng)常見到，是一種應(yīng)用廣泛的藝術(shù)表達(dá)方式，以擁有簡單的變現(xiàn)形式、不同的表現(xiàn)風(fēng)格而聞名，圖像繪制的畫筆、畫布或者運(yùn)筆方式不同，都會形成不同的線條畫風(fēng)格。線條畫技術(shù)根據(jù)繪制圖像的數(shù)據(jù)形式分為幾何繪制技術(shù)與圖像繪制技術(shù)，幾何繪制技術(shù)主要在三維模型的繪制；圖像繪制技術(shù)主要用于數(shù)字圖像的繪制。我們同樣依據(jù)圖像繪制形式的不同，將線條畫繪制分為無筆劃和有筆劃兩種；對于有筆劃方式，其基本的繪制元素是線條，通過定義每一種筆圖所代表的形狀來將圖像表現(xiàn)出來，筆畫所構(gòu)建的區(qū)域則是通過紋理與色調(diào)進(jìn)行填充，紋理表示物體表面的材質(zhì)，色調(diào)表示可視化光照信息，所以正確使用筆劃紋理對表示紋理和色調(diào)整個(gè)圖像是繪制的關(guān)鍵。

3.2、 基于圖像的素描畫繪制技術(shù)

素描畫作為線條畫的特殊形式，在線條畫的基礎(chǔ)之上，表現(xiàn)其自身獨(dú)特的表現(xiàn)力和抽象性，通過不同類型的炭筆對不同色調(diào)進(jìn)行表現(xiàn)，可以運(yùn)用寬度和密度不同的線條，表現(xiàn)出物體的高光、亮部、暗部和明暗交界線。計(jì)算機(jī)素描繪制技術(shù)是運(yùn)用數(shù)字技術(shù)處理圖片，將圖像中主要物體的輪廓提取出來并渲染，得到圖像的素描像，這是計(jì)算機(jī)素描畫的機(jī)理，在常用圖像處理技術(shù)中，我們常用的為灰度差的方法，通過其提取出圖像輪廓，將物體的像素點(diǎn)中灰度值較大點(diǎn)作為物體的輪廓點(diǎn)，再將所有的輪廓點(diǎn)連接起來便可以得到相應(yīng)的物體輪廓，這與傳統(tǒng)的圖像素描風(fēng)格生成算法的基本思想是一致的。

4、基于帶通修正的低通濾波自商算法的圖像非真實(shí)感繪制技術(shù)

4.1、 圖像的帶通修正的低通濾波修正

帶通修正的低通濾波數(shù)字圖像處理技術(shù)是對二維圖像空間域和頻率域的處理，其實(shí)是針對圖像所在的二維平面由圖像像元組成的空間的變化情況的處理。我們所說的圖像處理的空域處理，實(shí)際上是處理圖像像素，利用如像素疊加等操作將空間域像元灰度值改變，圖像像元的灰度值會隨著位置而變化，產(chǎn)生的空間頻率就是圖像頻率域，將圖像信息的分布特征用圖譜表示，高頻區(qū)就是圖像中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、灰度突變或者集中了干擾噪聲和圖像細(xì)節(jié)的區(qū)域，高頻區(qū)域和低頻區(qū)域之間通過圖像高頻分量來分割。帶通修正技術(shù)處理的部分是處于低頻部分和高頻部分之間的特殊狀態(tài)，這樣，不論是圖像的過高頻率還是過低頻率都會受到抑制。

4.2、 圖像的灰度處理技術(shù)

這是一種傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)線條畫繪制技術(shù)，通過將彩色RGB圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換、噪聲處理之后，首先運(yùn)用銳化算子將圖像的細(xì)節(jié)進(jìn)一步增強(qiáng)，然后運(yùn)用邊緣檢測算法將圖像的邊緣輪廓提取出來，細(xì)化邊緣后跟蹤處理邊界，將非特征線條去掉后連接剩下的非剩余特征線條：第一步：灰度處理：通過加權(quán)平均值法處理RGB圖像；第二步：通過Butterworth低通濾波法消除圖像噪聲，提高圖像質(zhì)量；第三步：將圖像通過銳化處理，以增強(qiáng)圖像細(xì)節(jié)信息，提高圖像信號高頻分量，得到清晰圖像；第四部：在邊緣檢測之后對得到的邊緣線進(jìn)行修正、細(xì)化處理，得到最后的線條圖。此技術(shù)用于色調(diào)簡單物體的圖像的生產(chǎn)，效率高，但是對于色調(diào)復(fù)雜的圖像得到結(jié)果圖像不理想。

將普通圖像用帶通修正的低通濾波器對圖像進(jìn)行頻域?yàn)V波修正，再對原始圖像和濾波結(jié)果圖像做自商運(yùn)算，得到灰度化特征圖像，二值化此圖像即可得到結(jié)果圖像。

5、基于圖像空間域和頻率域?qū)哟胃兴乩L制技術(shù)

素描畫是非真實(shí)感繪制技術(shù)的普遍形式，通過繪制圖像的邊緣輪廓線，通過圖像灰度特征，明暗色調(diào)和光源信息的紋理等方式進(jìn)行圖像的表現(xiàn)，這是通過交叉視角所表現(xiàn)出來的，圖像的空間域與頻率域是生產(chǎn)圖像紋理的主要參數(shù)，提取圖像線條后膨脹得到雙層邊緣線條，運(yùn)用運(yùn)動模糊操作，獲得層次感紋；而運(yùn)用帶通修正高通濾波器濾波處理獲得的灰色邊緣圖像則是頻率域，在通過二值化處理到邊緣線條，控制線條寬度得到不同像素寬，并進(jìn)行運(yùn)動模糊得到層次感素描紋理。

5.1、 空間域的層次感繪制

素描畫層次感的繪制首先要生產(chǎn)線條圖像，在對線條圖像進(jìn)行灰度圖像轉(zhuǎn)化、平滑去噪、像增強(qiáng)等處理，提取理想線條畫的圖像。用robert高階微分算子對圖像邊緣線條基礎(chǔ)上做膨脹處理，所以需要先對原圖像做邊緣處理，再通過運(yùn)動模糊可以獲得素描層次紋理，能夠有效的將圖像敏感特征體現(xiàn)出來，而且素描紋理的疊加效果、明暗對比與層次感更強(qiáng)。

5.2、 圖像層次感素繪制技術(shù)

通過處理圖像得的空間域以及頻率獲得層次素描紋理，其具體步驟如下：第一步：邊緣線條處理：首先將圖像利用二階robert微分算子提取圖像特征邊緣線條，通過局部差分算子尋找邊緣的算子，進(jìn)而獲得圖像的邊緣特征以及區(qū)域特征，而且其能夠表現(xiàn)出手繪風(fēng)格的藝術(shù)線條效果；第二步：將灰度圖像進(jìn)行二值化處理：運(yùn)用Roberts邊緣檢測算子能夠提取到灰度邊緣圖像，經(jīng)過二值化的操作之后，將各像素點(diǎn)大的線條保留下來，得到最后的二值化線條圖；第三步：獲取雙線條:灰度邊緣圖像紋理色調(diào)單一且層次感不強(qiáng)，所以在經(jīng)過二值化處理的邊緣線條，對其做腐蝕、膨脹處理反復(fù)三次，以獲取三層次的雙邊緣線條；第四步：運(yùn)動模糊處理：運(yùn)動模糊處理雙邊緣線條，能夠讓快速移動的場景的真實(shí)感增強(qiáng)，使得圖像層次感更加的明顯；第五部：層次紋理與線條邊緣的融合：因邊緣線條的動態(tài)要素范圍不同，所以通過一個(gè)協(xié)調(diào)要素的參數(shù)值將素描層次紋理與線條連接在一起構(gòu)成最后的結(jié)果圖像。

6、結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，部分?jǐn)?shù)碼產(chǎn)品已經(jīng)集成了部分圖像處理工作，人們對于圖片不再是將現(xiàn)實(shí)的真實(shí)反映，而要將其自身的豐富圖像表現(xiàn)力展現(xiàn)出來，所以非真實(shí)感圖片的藝術(shù)表現(xiàn)力深受群眾喜歡，但是在圖像處理技術(shù)創(chuàng)新方面發(fā)展緩慢，導(dǎo)致圖像處理技術(shù)不能滿足人們的現(xiàn)實(shí)需要，所以研究人員對計(jì)算機(jī)圖像非真實(shí)感渲染技術(shù)進(jìn)行研究，其在藝術(shù)創(chuàng)作、三維動畫、主體視覺以及設(shè)計(jì)圖制作方面應(yīng)用前景良好，應(yīng)當(dāng)重視其發(fā)展。

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