[發明專利]一種書畫繪制仿真系統

在審

• 申請號: 201310533781.6
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103616967A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 侯增選;郭超;鄭栓柱;楊廣卿;陳廣州;李俊強;黃磊
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F3/0354
• 分類號: G06F3/0354
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞;梅洪玉

技術領域

本發明屬于虛擬繪制技術領域，特別是涉及一種書畫繪制仿真系統。

背景技術

書畫繪制是藝術家通過控制毛筆的受力和姿態在紙上完成書畫創作的過程。

虛擬繪制系統需要從毛筆受力和姿態、毛筆定位方面入手實現對書畫繪制的仿真。

1988年Chong-ming?Shi等在文獻“Chong-ming?Shi?et?al.An?input?method?of?calligraphic?characters?using?pressure?sensing?pen[C]//Proc.of?IEEE?Systems,Man,and?Cybermatics.1988,(1):369-372.”中開發了一種書法系統，該系統包括壓力感應筆、圖形輸入板、微型計算機和輸出設備。用戶通過操作壓力感應筆在圖形輸入板上完成漢字書寫過程，并在輸出設備中顯示。但此壓力感應筆機械結構復雜，與圖形輸入板之間通過有線連接，操作不方便。2002年Jeng-sheng等在文獻“Jeng-sheng,et?al.On?the?effects?of?haptic?display?in?brush?and?ink?simulation?for?Chinese?painting?and?calligraphy[C]//10th?Pacific?Conference?on?Computer?Graphics?and?Application(PG02).IEEE,2002.10:439-441.”中開發了一種基于力反饋技術的虛擬繪制系統，該系統包括六自由度的力反饋設備、三維毛筆模型、紙模型和水墨傳輸模型。用戶通過Phantom?Desktop力反饋設備操作虛擬毛筆在紙模型上完成虛擬繪制。但此力反饋設備活動范圍有限，使用不方便。Nelson?S.H.Chu等在文獻“Nelson?S.H.Chu,Chiew-Lan?Tai.Real-Time?Paintingwith?an?Expressive?Virtual?Chinese?Brush[J].IEEE?Computer?Graphics?and?Applications,Vol24,No.5,pp.76-85,2004.”中構建了一種虛擬繪制系統，該系統包括仿真毛筆、三維毛筆模型、紙模型和水墨傳輸模型。用戶通過操作仿真毛筆控制虛擬毛筆在紙模型上完成虛擬繪制。但安裝于仿真毛筆上姿態測量裝置體積、重量大，使得該仿真毛筆操作不便，影響虛擬繪制過程。2008年，孫美君在文獻“孫美君.中國水墨畫仿真中毛筆模型的研究與設計[D].天津大學，2005.”中開發了一種水墨畫仿真繪制系統IWDSS，通過Wacom公司的Intuos2數位板和壓力感應筆實現虛擬繪制。在上述虛擬繪制系統中運筆位置和顯示分離，影響使用者藝術水平的發揮，不能滿足虛擬繪制的要求。

發明內容

本發明提出了一種書畫繪制仿真系統，該系統包括仿真毛筆和平板電腦，該系統實時檢測仿真毛筆受力情況和姿態矢量，控制虛擬毛筆在平板電腦上完成虛擬繪制。

仿真毛筆包括仿真毛筆筆頭、仿真毛筆筆桿、基于MEMS的力/力矩傳感器、MEMS慣性測量單元、微處理器、無線傳輸設備、蓄電池。基于MEMS的力/力矩傳感器、MEMS慣性測量單元、微處理器、無線傳輸設備、蓄電池沿仿真毛筆筆桿方向順序安裝在仿真毛筆筆桿內，其中，蓄電池位于仿真毛筆筆桿的頂端；基于MEMS的力/力矩傳感器是測力元件，實時檢測仿真毛筆所受力與力矩的大小和方向，安裝在仿真毛筆筆頭根部，直接與仿真毛筆筆頭相連；仿真毛筆筆頭具有真實毛筆筆頭的特性，受力產生變形并能夠將仿真毛筆筆頭受力傳遞到基于MEMS的力/力矩傳感器；MEMS慣性測量單元是測量姿態元件，實時檢測仿真毛筆的姿態信息；微處理器是數據處理元件，與無線傳輸設備相連；通過無線傳輸設備實現仿真毛筆和平板電腦之間的數據無線傳輸；蓄電池是基于MEMS的力/力矩傳感器、MEMS慣性測量單元、微處理器、無線傳輸設備的電源。

用戶使用仿真毛筆在平板電腦上進行虛擬繪制，在虛擬書畫繪制過程中仿真毛筆筆頭受力產生變形，基于MEMS的力/力矩傳感器直接檢測出仿真毛筆受力信息，MEMS慣性測量單元直接輸出采集到的仿真毛筆姿態信息，仿真毛筆的受力信息和姿態信息都通過無線傳輸設備傳遞給平板電腦，同時平板電腦完成對仿真毛筆的定位，完成虛擬書畫繪制過程。