基于三維視覺的當代油畫虛擬創(chuàng)作

鄒大力

摘 要： 當代油畫創(chuàng)作過程中以其獨特表現(xiàn)力以及表達手法受到大眾的追捧，但當代油畫受到創(chuàng)作形式以及創(chuàng)作工具的限制，降低了油畫層次感的表達能力，為此，提出基于三維視覺的當代油畫虛擬創(chuàng)作形式。對油畫筆徑以及關(guān)鍵幀進行確認，對過度幀插值進行確定，以三維視覺的呈現(xiàn)方式實現(xiàn)油畫的虛擬創(chuàng)作。通過模擬實驗結(jié)果可以看出，提出的創(chuàng)作方法能夠有效地表達當代油畫藝術(shù)風格，并增加層次感，實現(xiàn)三維虛擬視覺呈現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 三維視覺； 當代油畫； 虛擬創(chuàng)作； 幀插值； 筆徑計算； 層次感

中圖分類號： TN911.73?34； TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）06?0180?03

Abstract： The creation process of contemporary oil painting is welcomed by the public because its unique expression skill and expressing method. But the contemporary oil painting is limited by creation form and creation tool， which can reduce its layered presentation skill. Therefore， a three?dimensional （3D） vision based virtual creation form of contemporary oil painting is put forward. The stoke of oil painting brush and key frame are confirmed， and the excessive frame interpolation is established to realize the virtual creation of oil painting in the presentation form of 3D vision. The simulation experimental results show that the proposed creation method can express the artistic style of contemporary oil painting effectively， increase the layered expression， and realize the 3D virtual visual presentation.

Keywords： three?dimensional vision； contemporary oil painting； virtual creation； frame interpolation； stroke path calculation； layered expression

0 引 言

三維虛擬視覺構(gòu)建方式（Virtual Reality Modeling Lan?guage，VRML）是一種用來描述交互式三維視覺呈現(xiàn)的方式。三維視覺技術(shù)即VRML，是利用三維掃描以及關(guān)聯(lián)節(jié)點數(shù)據(jù)對想要呈現(xiàn)的內(nèi)容進行多方位、多角度的虛擬呈現(xiàn)。當代油畫創(chuàng)作中，表達手法以及繪畫風格已經(jīng)在藝術(shù)作品中占據(jù)很重的地位，但是當代油畫作品受到繪畫方式以及繪畫工具的限制，作品中缺少層次的質(zhì)感[1]，并且油畫作品的保存方式非常嚴苛，極易發(fā)生破損和褪色，針對上述問題，本文提出基于三維視覺的當代油畫虛擬創(chuàng)作形式。利用三維視覺技術(shù)對油畫筆徑以及繪畫關(guān)鍵幀進行確認，保證基本繪畫風格，對過度幀插值進行優(yōu)化計算，保證當代油畫創(chuàng)作中的風格和寫實性。通過設計的仿真試驗，有效驗證本文提出的創(chuàng)作方法，能夠增加油畫作品的層次感，并通過數(shù)據(jù)形式保存，有效地延長了油畫的壽命。

1 利用三維視覺實現(xiàn)虛擬創(chuàng)作

本文利用三維視覺技術(shù)特點，對油畫創(chuàng)作過程中的筆徑進行掃描確認，利用筆觸變化識別色澤變化，對總體的關(guān)鍵幀進行確認[2]，能夠識別油畫的風格和繪畫特點，最后對過度幀插值進行優(yōu)化計算，保證油畫細節(jié)描寫的質(zhì)感，最終實現(xiàn)油畫的虛擬創(chuàng)作。如圖1所示為本文利用三維視覺實現(xiàn)油畫虛擬創(chuàng)作的流程圖。

1.1 路徑指定和關(guān)鍵幀計算

油畫是利用線條顏料搭配的一種藝術(shù)形式，盡管創(chuàng)作過程中顏色的變化極其豐富，但真實創(chuàng)作過程中，依然以繪畫工具的運動形態(tài)以及力度的把控為主[3]，通過顏料的分層次的涂改，呈現(xiàn)出不一樣的色調(diào)搭配。本文首先對筆徑路線進行掃描，掃描筆徑能夠確認繪畫過程中的基本框架，確定油畫框架體的筆感線條粗細以及受力方向。一幅已經(jīng)創(chuàng)作好的油畫，使用本文創(chuàng)作方法掃描前后對比結(jié)果如圖2所示。

關(guān)鍵幀的確認過程中，利用掃描的Bezier線條對油畫的關(guān)鍵幀進行確認，每條Bezier線條的焦點為一個關(guān)鍵幀，多個Bezier線條交叉點位關(guān)鍵組幀。每一個筆繪畫路徑StrokePath可以看作由一段或多段Bezier線條以及關(guān)鍵幀組成[4]，在虛擬呈現(xiàn)過程中可以用[KeyFrame→i∈0，n]進行表示，關(guān)鍵幀數(shù)為[n+1]；關(guān)鍵幀能夠?qū)⒗L畫路徑劃分為一系列首尾相接的小的繪畫界面，每一個區(qū)域為一個識別區(qū)域，由于識別區(qū)域的數(shù)據(jù)屬性變化不大，因此只需要對每個小區(qū)域進行過程幀的識別即可實現(xiàn)油畫的基本創(chuàng)作。

記關(guān)鍵幀[KFState]與各項狀態(tài)成函數(shù)關(guān)系，關(guān)鍵幀公式表示為：

[KState=t?SStateF+PosPath] （1）

式中：[SState]表示繪畫過程中軸線上的狀態(tài)函數(shù)，確定油畫筆觸的基本形態(tài)和繪制的圖像形狀，通過對使用力角度[?]的確認[5]，在油畫的虛擬創(chuàng)作過程中，能夠增加虛擬呈現(xiàn)的力道，同時可以對過度區(qū)域進行區(qū)分隔離，為層次感的增加奠定基礎(chǔ)；[Pos]表示創(chuàng)作油畫的邊緣灰度，通過邊緣灰度的確認，確定呈現(xiàn)區(qū)域的坐標，這樣在虛擬呈現(xiàn)過程中能夠有層次地凸顯內(nèi)容[6]；[F]表示筆觸下壓過程的實際力度，由于壓力的程度不同，會產(chǎn)生顏色輕重的變化，為此對虛擬呈現(xiàn)會產(chǎn)生一定的影響；[t]表示當前關(guān)鍵幀與下一關(guān)鍵幀間的虛擬呈現(xiàn)時間間隔，利用時間元素對虛擬呈現(xiàn)產(chǎn)生時間頓感，這樣能夠出現(xiàn)層次的律動性；[Path]表示相鄰2個關(guān)鍵幀之間的連接線條的函數(shù)，[Path]表達式為：endprint

[Path=Sxk，yk] （2）

式中：[S]表示有效關(guān)鍵幀；[xk]表示縱向關(guān)鍵幀；[yk]表示橫向關(guān)鍵幀。通過雙維度的關(guān)鍵幀計算完成繪畫路線中的關(guān)鍵幀數(shù)。

1.2 過度幀插值的確立

三維視覺呈現(xiàn)過程中，每秒播放的幀數(shù)是一個定值，因此2個關(guān)鍵幀間過度分類數(shù)直接影響過度幀的數(shù)目和位置。過度幀的位置是通過多個關(guān)鍵幀連接成的區(qū)域進行確認的，過度幀區(qū)域的呈現(xiàn)狀態(tài)參數(shù)可能是由多個關(guān)鍵幀所決定[7?8]。但是每一個關(guān)鍵幀的實際表象是一個非確定性屬性，因此無法通過關(guān)鍵幀對過度幀進行確認。本文引入過度幀插值，直接計算過度幀插值便可描述過度區(qū)域，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)直接可以呈現(xiàn)。

假設相鄰關(guān)鍵幀KeyFrame和KeyFrame1的過度幀KFState對兩項關(guān)鍵幀影響最大，那么可以使用KFState對過度變量進行判定，利用置換變量能夠判定過度幀的數(shù)值量，但過度幀是一個矢量，在判定方向中通過過度差進行判定，過度差中能夠判定KeyFrame和KeyFrame1的大小，過度幀的方向由大指向小[5，9]。過程幀確認后，可進行插值幀頻的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程使用矢量計算完成，矢量計算的有效值為插值，為了提升虛擬優(yōu)化的可控變量，計算過程使用模型計算機進行推演計算，計算結(jié)果是一個帶有方向的非向量值，方向代表插值的位置，大小代表深度。過度幀插值的確立過程如圖3所示。

本文使用三維視覺技術(shù)對創(chuàng)作的油畫顯示，因此過度幀插值的使用通過計算機語言進行虛擬呈現(xiàn)，編程如下：

Procedure CopeVRMIFile；

//本過程掃描VRML文件，得出層次結(jié)構(gòu)

Var bracketstate；Boolean；

//判斷括號是否緊跟在一個DEF后

[while 文件部位空do

[從文件中讀入一個字符；

Case讀入左括號；

[創(chuàng)建一個堆棧結(jié)點；beginFlag；=bracketstate；

if bracketstate then bracketstate：not bracketstate；

if 大中括號不匹配or棧為空then報錯并結(jié)束掃描；

if彈出節(jié)點Flag域為True then //說明一個DER范圍已結(jié)束

[修改當前層次指針，使之上升一層；

設置對應圖節(jié)點的EndPos為當前所在行；

//end switch

//end CppeVRMLFile過程

//end while循環(huán)

2 試驗分析

2.1 試驗參數(shù)設計

本文試驗對象為油畫呈現(xiàn)方式的對比，因此，采用控制變量的方法進行試驗。為了保證試驗的完整性，在繪制油畫的過程中使用平距視覺度進行評判，由于視覺評判參數(shù)的標準不同一，因此本文制定對比參考值，對試驗參數(shù)進行設置如下：

2.2 試驗結(jié)果分析

如圖4、圖5所示，為創(chuàng)作的油畫展示成果，傳統(tǒng)的油畫創(chuàng)作結(jié)果在觀賞過程中，瞳孔收縮率分布非常的不穩(wěn)定，并且沒有沿著設定對比參數(shù)線進行分布，開始的分布狀況明顯的較高，說明能夠充分吸引視覺，但是隨時間的推移分布變得稀少，說明層次感不強，沒有吸引眼球的部分。本文基于三維視覺的當代油畫虛擬創(chuàng)作方法能夠沿著設定數(shù)據(jù)進行分布，說明該方法具有一定的層次分布，將眼球的視覺點充分捕捉。

通過表2可知，基于三維視覺的當代油畫虛擬創(chuàng)作方法能夠保證SKN與TKN的值相對穩(wěn)定，說明三維視覺呈現(xiàn)的比較精準，YKN以及GKN的值一直控制在可調(diào)整范圍內(nèi)，說明該方法具有極高的表達能力。

3 結(jié) 語

本文提出基于三維視覺的當代油畫虛擬創(chuàng)作方法，利用三維視覺技術(shù)對油畫筆徑以及繪畫關(guān)鍵幀進行確認，保證基本繪畫風格，對過度幀插值進行優(yōu)化計算，保證當代油畫創(chuàng)作中的風格和寫實性。希望通過本文的研究能夠提升當代油畫的表達能力。

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