摘要: 在水彩画绘制及其变干的过程中，水彩的变化是很复杂的，因为水和颜料的运动会导致柔和性、流动性、多面性等方面的随机变化。这种复杂性能反映很多自然影响的相互作用，使得水彩成了一种很独特的绘画介质，一个熟练的艺术家能用它创作出很多不同的艺术效果。在计算机图形学的非真实感绘制领域，重现水彩画是最难、最复杂的工作之一。在此，水彩绘画过程的动画生成是很有意义的，因为对此进行手工处理是几乎不可能的。 不同于基于物理的模拟，我们的目标在于实时地生成水彩绘制三维场景的过程。因此，我们将基于图象处理来研究高效的算法，而不进行真正的模拟。对于水彩复杂的视觉效果，我们进行了适当但能反映它的本质特征的简化，并实现了两种特别的水彩绘画技术。在生成水彩的冲刷笔画及光滑的光照、阴影效果时，相关的三维场景会提供必要的信息。 仿照自然的绘画过程，我们建立了一些抽象的水彩层，每一层对应一个灰度图象。每个灰度图象包含一个物体或一组物体的简化形状，它们有比较均匀的内容或颜色。在对这些灰度图象进行简化时，我们采用高斯滤波来提取所需的视觉简化表达。这种高斯滤波在后续的水彩效果模拟中也将发挥核心作用。 我们的方法能模拟水彩重要的效果，如黑边、流动以及由于纸的结构而导致颜料变成颗粒状的粗糙效果。这使得我们能够实现两种特别的水彩绘画技术：在湿的表面上绘制，和在干的表面上绘制。在湿的背景表面上涂湿的的颜色，会产生羽毛状扩散的复杂样式；而在干的背景表面上涂湿的的颜色，只是基于各个水彩薄层的透明性和光照效果进行光照的色彩合成。由于所有的水彩效果都采用高效的基于图像空间处理的方法，而不是基于真正的模拟，我们很容易采用硬件加速技术来进行实时的生成。并且，由于分割结果稳定且是基于连续图象空间的处理，动画过程中有很高的帧间共性可利用。 另外，我们采用了一个基于 Phong模型的光照计算模型，能无缝地平滑集成高度动态的光照。我们还介绍了一些应用各种光照信息的方法，如颜色调整和水彩层的屏蔽。我们将阴影也作为附加的一个水彩层。于是，我们就能在屏幕上对半透明的水彩层进行合成计算。 尽管我们的方法和基于物理的水彩模拟完全不同，但对于真实的水彩绘制，我们的模拟结果还是令人满意的。当然，真实的水彩画会由于颜料扩散消失而自然生成一些精细纹理，而我们的方法很难做到这一点。总的来说，本文提供的实时水彩动画可以用于艺术作品制作、交互式图解、建筑设计，也可以作为离线水彩绘制的预处理步骤。