CN115880413A - 基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法 - Google Patents
基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，将水墨渲染器按照3dsmax的Sdk程序接口接入获取当前用户制作的模型数据和参数，在3dsmax启动时提供对应的可视化UI；对场景模型进行数据分析和边缘检测，获取场景中的轮廓线，形成线段；根据场景、模型与用户参数设定水墨晕染区域和留白区域；根据用户参数对水墨晕染区域进行着色；增设纸张属性，进行渲染优化。由此，用户可以利用目前较为成熟的水墨渲染器作为插件来参与3D场景的模型数据渲染，降低了实施难度，便于用户上手处理。能够利用3D建模软件3dsmax来实施，直接获取3dsmax的数据形成的GBuffer通道，通过渲染器转换为非真实感图像(NPR)水墨风格效果图，并支持渲染成动画帧。
Description
技术领域
本发明涉及一种水墨画风格渲染方法，尤其涉及一种基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法。
背景技术
目前大部分渲染都是基于真实感图像，其中非真实感图像(NPR)直到20世纪90年代中后期才开始成为一个热门研究领域，现在国际上已经出现诸多知名的NPR渲染器，如FinalToon,Il-lustrator,Pencil等。他们都是依托于3D图像软件借用程序贴图来创建NPR的材质，协助生成手绘风格的图像效果。而这些NPR渲染工具支持最好的都是西方的艺术风格，比如卡通渲染，油画渲染等，这些风格化的效果他们支持的很好。
但是，由于这些渲染器并未针对中国水墨风效果进行设计，所以对这部分支持的很少，而且设置参数非常繁琐与困难，最终的合成效果也不尽理想。
同时，现有技术CN202111310160公开了一种水墨画图像的生成方法、装置、计算机设备及介质。其主要局限于平面构图的渲染，不能直接沿用到3D建模领域中。现有技术CN202210352550公开了一种改进水墨画仿真技术的水墨笔画三维化的计算方法。其实施期间对计算机运行负载要求过大，不能直接与目前常见的3dsmax等软件进行对接，只能处于理论阶段，实施起来十分困难。现有技术CN200510061179公开了基于图形处理器的三维水墨效果渲染方法，其实施期间需要图形处理器进行繁杂的计算，也不能与3dsmax等软件实现有效对接，需要从业人员重新学习应用，实施不便。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法。
本发明的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其中：
步骤一，将水墨渲染器按照3dsmax的Sdk程序接口接入获取当前用户制作的模型数据和参数，在3dsmax启动时提供对应的可视化UI。
步骤二，对场景进行边缘检测，获取场景中的轮廓线，形成线段。
步骤三，根据场景、模型与用户参数设定水墨晕染区域和留白区域。
步骤四，根据用户参数对水墨晕染区域进行着色。
步骤五，根据用户参数增设纸张属性，进行后期渲染并优化。
进一步地，上述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其中，所述步骤一中，3dsmax启动时，水墨渲染器的接口被调用，获取3dsmax模型数据，将UI内置到Scanline和MentalRay的系统中，在渲染时获取渲染数据。
更进一步地，上述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其中，步骤二所述的边缘检测包括深度差异边缘检测、结合法线差异边缘、像素范围判定、色差异边缘检测像素色彩的过度差值进行边缘检测中的一种或是多种。
更进一步地，上述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其中，所述步骤二中，通过GBuffer调取数据，计算整个场景中模型的边缘以及物体与物体的位置关系，所述数据包含摄像机位置，光源点位置，像素空间位置。
更进一步地，上述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其中，所述步骤二中，通过像素法线，多边形索引号，多边形法线，模型索引号，结合用户输入参数，判别物体的内边和外边构成轮廓线。
更进一步地，上述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其中，所述步骤三中，每个模型以及单个模型的每个面均能设置不同的水墨材质效果参数，包括水墨勾边色彩、笔划的位置和压力、晕染范围。
更进一步地，上述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其中，所述步骤四中，通过光源和物体位置，将晕染区域用水墨着色，晕染区域包括淡墨渲染和浓墨渲染，晕染区域边缘设有墨水过度的收敛渲染。
更进一步地，上述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其中，所述步骤四中，根据水墨笔触方式，勾勒的物体外边和内边，依据画笔的画笔力度，笔划的长度，转弯的弧度进行渲染。
更进一步地，上述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其中，所述步骤五中，对纸张属性赋予物理效果，实现水墨画风格中的流体模拟，进行边缘暗色化、回流效果表现。
再进一步地，上述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其中，所述步骤五中，根据用户设置的光源点，判别整个水墨画面的阴阳面，根据用户输入的参数，设置笔触的宽度笔触的长度水墨晕染的风格，纸张的吸墨效果；步骤五所述的渲染优化为通过多帧画面的混合模式，计算最终渲染成水墨画或水墨动画。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、用户可以利用目前较为成熟的水墨渲染器作为插件来参与3D场景的模型数据渲染，降低了实施难度，便于用户上手处理。
2、能够利用3D建模软件3dsmax来实施，直接获取3dsmax的数据形成的GBuffer通道，通过渲染器转换为非真实感图像(NPR)水墨风格效果图，并支持渲染成动画帧。
3、能够直接生成中国水墨风效果的渲染，无需借用其他软件参与实施，降低计算机的运载负担，可以填补3D渲染NPR风格化在中国传统的水墨艺术上的不足。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是Line scalar参为9的渲染示意图。
图2是Line scalar参为2的渲染示意图。
图3是Line Break为0.8的渲染示意图。
图4是Line Break为9.7的渲染示意图。
图5是BlurExpress设置为1.0的渲染示意图。
图6是BlurExpress设置为0.0的渲染示意图。
图7是渲染前设置右侧主光源的示意图。
图8是渲染后的留白与水墨分布对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其与众不同之处在于：
步骤一，将水墨渲染器按照3dsmax的Sdk程序接口接入获取当前用户制作的模型数据和参数，在3dsmax启动时提供对应的可视化UI。在3dsmax启动时，水墨渲染器的接口被调用，获取3dsmax模型数据，将UI内置到Scanline和MentalRay的系统中，在渲染时获取渲染数据。这样，可利用视化的UI，方便用户调整软件的设置和各类参数制作出不同风格的作品。
步骤二，对场景进行边缘检测，获取场景中的轮廓线，形成线段。考虑到场景的不同复杂程度，采用的边缘检测包括深度差异边缘检测(Deep Threshold)、结合法线差异边缘(Normal Threshold)、像素范围判定、色差异边缘(Color ContrastThreshold)检测像素色彩的过度差值进行边缘检测中的一种或是多种。其中，像素范围判定的实施过程为，通过探测一个N*N的像素范围内判定模型物体是否存在内边，若存在内边则判别处于边缘内侧，否则就是处于边缘外侧。
实施期间，可通过GBuffer调取数据，计算整个场景中模型的边缘以及物体与物体的位置关系，数据包含摄像机位置，光源点位置，像素空间位置。同时，为了更好的进行线条渲染，可通过像素法线，多边形索引号，多边形法线，模型索引号，结合用户输入参数，判别物体的内边和外边构成轮廓线。
步骤三，根据场景、模型与用户参数设定水墨晕染区域和留白区域。在此期间，每个模型以及单个模型的每个面均能设置不同的水墨材质效果参数，包括水墨勾边色彩、笔划的位置和压力、晕染范围。具体来说，以LineColor参数为例，其可以设置水墨勾边的色彩。
同时，可采用预设的比划参数，结合各类参数可以将线条渲染为一条条笔划，包括笔划的位置和压力，这种变量可看成是画刷移动的方向和位移，笔划形状由3D曲线决定，其中对于每一个控制点，不仅要给出坐标，而且还要给出该点处的压力值(而水墨一般头部的压力会偏重)比如Line scalar参数就控制水墨勾边线头部压力扩散，用于控制下笔时的晕染效果。
如图1所示，其是Line scalar参数为9的渲染示意图。图2是Line scalar参数为2的渲染示意图。可通过LineWidth设置控制勾边的粗细。并且，可通过Line Break参数控制线条的连续性，参数值越大线条越容易中断，模拟边缘的渲染。如图3所示，其为Line Break为0.8的渲染状态。图4是Line Break为9.7的渲染状态。
步骤四，根据用户参数对水墨晕染区域进行着色。在此期间，通过光源和物体位置，将晕染区域用水墨着色，晕染区域包括淡墨渲染和浓墨渲染，晕染区域边缘设有墨水过度的收敛渲染。实施期间，根据水墨笔触方式，勾勒的物体外边和内边，依据画笔的画笔力度，笔划的长度，转弯的弧度进行渲染。
步骤五，增设纸张属性，进行渲染优化。具体来说，可对纸张属性赋予物理效果，实现水墨画风格中的流体模拟，进行边缘暗色化、回流效果表现。这样，拥有更好的水墨渲染表现效果。同时，可根据用户设置的光源点，判别整个水墨画面的阴阳面，拥有更好的显示效果。并且，可根据用户输入的参数，设置笔触的宽度(晕染的宽度)笔触的长度(一笔长度断点设置)水墨晕染的风格，纸张的吸墨效果。实际实施时，采用的渲染优化为通过多帧画面的混合模式，计算最终渲染成水墨画或水墨动画。
结合本发明一较佳的实施方式来看，可以引入BlurExpress参数控制勾边线条的渲染效果。图5为BlurExpress设置为1.0的渲染示意图，图6为BlurExpress设置为0.0的渲染示意图。
同时，可利用Color Compose参数控制勾边线条相互叠加时是否要做颜色的Alpha混合，而通过AnimMotion参数，使用户渲染动画的时候勾线是否做MotionBlur，这可以有效的去除线条抖动效果，便于进行更好的动画展示。
在进行渲染期间，可通过水墨渲染器让用户选择自定义材质或默认材质渲染，或者两者混合渲染。同时，用户可定义一盏主光源，通过主光源和物体位置来确定物件内部大块面的留白和水墨渲染着色。如图7所示，渲染前设置右侧主光源。图8是渲染后的留白与水墨分布对比。
在水墨内部渲染时通过墨水粒子的转移和扩散来模拟计算，每个墨水粒子Pxy在纸张上的位置由下标x和y给出。如果该墨水粒子Pxy中的水充满，那么该粒子的水墨就会溢出，并且墨水粒子会转移到邻近的粒子中。同时邻近粒子溢出的墨水也会转移到Pxy。这样Pxy中最终的水量总和(记为ΔWk-xy)减去流出P的水量总和(记为ΔWxy-k)。
Wxy(t+Δt)＝Wxy(t)+∑k∈n(ΔWk-xy-ΔWxy-k)。
如果上述计算导致Wxy＜0，则令Wxy＝0。邻近粒子间水的流量可从涉及到的粒子属性计算出，特别是粒子容纳能力和实际的容量等。墨粒子随水粒子的移动，墨水也从一个粒子被运输到另一个粒子，水墨粒子在邻近粒子中来回转移后，墨浓度最终会被迫达到平衡，以达到最稳定的状态。
为了模拟出中国传统纸张的凹凸感，用于和最后的图像的进行合成，可选用柏林噪声(perlin noise)通过曲线函数f(t)＝t*t*t*(t*(t*6-15)+10)进行双线性插值，最后选取目标点P最近的四个整数点ABCD，ABCD四个点的坐标分别为A(i,j)、B(i+1,j)、C(i,j+1)、D(i+1,j+1)。
随后，获取ABCD四点的二维梯度值G(A)、G(B)、G(C)、G(D)，并且算出ABCD到P的向量AP、BP、CP以及DP，接着将G(A)与AP进行点积，计算出A点对于P点的梯度值，然后分别算出其余三个点对P点的梯度值，最后将(u,v)代入插值函数中算出P点的最终噪声值。最终，输出颜色Pcolor＝color*Noise(point)。同时，可通过水墨渲染器选择相应的参数让纸张百分比参与到最后的颜色合成中。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后，拥有如下优点：
1、用户可以利用目前较为成熟的水墨渲染器作为插件来参与3D场景的模型数据渲染，降低了实施难度，便于用户上手处理。
2、能够利用3D建模软件3dsmax来实施，直接获取3dsmax的数据形成的GBuffer通道，通过渲染器转换为非真实感图像(NPR)水墨风格效果图，并支持渲染成动画帧。
3、能够直接生成中国水墨风效果的渲染，无需借用其他软件参与实施，降低计算机的运载负担，可以填补3D渲染NPR风格化在中国传统的水墨艺术上的不足。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其特征在于：
步骤一，将水墨渲染器按照3dsmax的Sdk程序接口接入获取当前用户制作的模型数据和参数，在3dsmax启动时提供对应的可视化UI；
步骤二，对场景进行边缘检测，获取场景中的轮廓线，形成线段；
步骤三，根据场景、模型与用户参数设定水墨晕染区域和留白区域；
步骤四，根据用户参数对水墨晕染区域进行着色；
步骤五，根据用户参数增设纸张属性，进行后期渲染并优化。
2.根据权利要求1所述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其特征在于：所述步骤一中，3dsmax启动时，水墨渲染器的接口被调用，获取3dsmax模型数据，将UI内置到Scanline和MentalRay的系统中，在渲染时获取渲染数据。
3.根据权利要求1所述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其特征在于：步骤二所述的边缘检测包括深度差异边缘检测、结合法线差异边缘、像素范围判定、色差异边缘检测像素色彩的过度差值进行边缘检测中的一种或是多种。
4.根据权利要求1所述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其特征在于：所述步骤二中，通过GBuffer调取数据，计算整个场景中模型的边缘以及物体与物体的位置关系，所述数据包含摄像机位置，光源点位置，像素空间位置。
5.根据权利要求1所述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其特征在于：所述步骤二中，通过像素法线，多边形索引号，多边形法线，模型索引号，结合用户输入参数，判别物体的内边和外边构成轮廓线。
6.根据权利要求1所述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其特征在于：所述步骤三中，每个模型以及单个模型的每个面均能设置不同的水墨材质效果参数，包括水墨勾边色彩、笔划的位置和压力、晕染范围。
7.根据权利要求1所述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其特征在于：所述步骤四中，通过光源和物体位置，将晕染区域用水墨着色，晕染区域包括淡墨渲染和浓墨渲染，晕染区域边缘设有墨水过度的收敛渲染。
8.根据权利要求1所述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其特征在于：所述步骤四中，根据水墨笔触方式，勾勒的物体外边和内边，依据画笔的画笔力度，笔划的长度，转弯的弧度进行渲染。
9.根据权利要求1所述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其特征在于：所述步骤五中，对纸张属性赋予物理效果，实现水墨画风格中的流体模拟，进行边缘暗色化、回流效果表现。
10.根据权利要求1所述的基于3dsmax的3D场景水墨画风格渲染方法，其特征在于：所述步骤五中，根据用户设置的光源点，判别整个水墨画面的阴阳面，根据用户输入的参数，设置笔触的宽度笔触的长度水墨晕染的风格，纸张的吸墨效果；步骤五所述的渲染优化为通过多帧画面的混合模式，计算最终渲染成水墨画或水墨动画。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116342784A (zh) * | 2023-05-25 | 2023-06-27 | 湖南马栏山视频先进技术研究院有限公司 | 大场景水体交互的实时渲染方法 |
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2022
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|---|---|---|---|---|
| CN116342784A (zh) * | 2023-05-25 | 2023-06-27 | 湖南马栏山视频先进技术研究院有限公司 | 大场景水体交互的实时渲染方法 |
| CN116342784B (zh) * | 2023-05-25 | 2023-07-21 | 湖南马栏山视频先进技术研究院有限公司 | 大场景水体交互的实时渲染方法 |
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