[發明專利]帶有冰紋效果的蠟染印花圖案仿真方法

有效

• 申請號: 201410089787.3
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103870645A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 劉世光;陳迪
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及非物質文化遺產保護、特效制作、數字圖像處理與數字藝術設計等領域，具體講，涉及帶有冰紋效果的蠟染印花圖案仿真方法。

技術背景

蠟染印花技術是一種古老而獨特的防染織布印花技術。在蠟染印花圖案的制作過程中，由于涂有蠟的織布在染液中不斷的翻卷浸染中，作為防染劑的蠟層自然開裂，染料隨著裂縫滲透到織布上而形成人工難以描繪的天然紋理，生成了獨特的出于自然的冰紋藝術作品。即使同樣的印花圖案在浸染之后，因蠟的開裂其帶有偶然性和隨機性，得到的冰紋也不會相同，因開裂而形成的冰紋效果是其區別于其它印花技術的最大特征，可以說冰紋是蠟染印花圖案的靈魂，這種帶有特殊紋理為蠟染印花織物增添了獨特的韻味。本發明根據以上冰紋效果的蠟染圖案的特征，從冰紋產生的物理原理著手，設計了一種帶有冰紋效果的蠟染印花圖案仿真方法。

目前，對于蠟染圖案的冰紋效果的模擬，主要有以下方法：

一是運用Photoshop、Illustrator等平面設計軟件來制作帶有冰紋效果的蠟染印花圖案。Lawrence等[1]通過掃描真實的手工蠟染印花花布或是搜集印刷蠟染印花圖案的設計稿來收集帶有冰紋效果的數字圖像，然后使用Photoshop等平面設計軟件直接從收集的圖像中提取冰紋，將其復制到新創作的蠟染印花圖案上，進而產生新的帶有冰紋的蠟染印花圖案。Michael[2]和Li[3]也通過使用Photoshop軟件來設計帶有冰紋效果的蠟染印花圖案，但他們主要采用純手工的方式繪制各種冰紋，通過在軟件中在已設計完成的數字蠟染印花圖像中添加冰紋圖形最后合成蠟染冰紋印花圖案。這種主要依靠手工方式在軟件中直接設計圖案的方法雖然操作簡單，但重復性的工作量比較大。

二是基于幾何特性的模擬方法，比如距離變換算法和基于Voronoi圖的方法。Wyvill等[4]根據蠟染印花圖案中的冰紋更容易在在涂蠟區域比較窄的地方發生開裂的特點，基于距離變換算法[5]，將初始開裂點設定在距離邊界最大處，通過計算涂蠟區域內各部分與已有冰紋的距離信息，以及冰紋總是向離邊界最近的方向生成擴展的原理，達到了模擬蠟染印花圖案中冰紋的目的。該方法可以方便快捷地模擬冰紋的大體形態，但是沒有考慮冰紋的一些更為細致的特征，使得生成的冰紋出現這線型，同時不夠連續，在冰紋的仿真效果上還不夠自然、逼真。唐穎等[6]發現蠟染印花圖案中的冰紋在一般情況下具有網絡性和隨機性等分布特點，且Voronoi圖的結構特征與蠟染印花圖案中冰紋自然龜裂的情況非常符合，提出了一種基于Voronoi圖的蠟染印花圖案冰紋效果的模擬，但是由于Voronoi圖的結構比較規則，而自然龜裂的方向具有隨機型，這種方法對于冰紋的開裂方向不易控制；因此，Tang等[7]在距離變換算法的基礎上結合Voronoi圖來模擬蠟染印花圖案的冰紋效果，利用了兩種算法各自的優勢，產生了連續的冰紋效果，同時冰紋的開裂方向接近真實蠟染印花中的冰紋分布情況。但是由于采用Voronoi圖構成的冰紋都是內部連續的冰紋，而真實的冰紋效果并不完全是連續的，它內部存在一定的隨機斷裂性。

三是基于物理的模擬方法。O'Brien與Hodgins[8]采用基于四面體網格的有限元模型對脆性材料進行建模，根據斷裂力學的斷裂準則判斷該網格所對應的材料是否破碎，并根據斷裂力學理論計算破碎裂紋的開裂大小和擴展方向，最終得到了真實感較強的像玻璃、墻壁、瓷碗等材料斷裂模擬效果。后來他們[9]在以上有限元模型中加入對塑性材料產生形變的因素，模擬實現了帶有形變效果的塑性材料的破碎斷裂現象。Muller和Teschner[10]在上述方法基礎上把將有限元網格模型統一為若干個大小相等的六面體網格，每個立方體網格表面又包含了一系列的三角網格，根據三角網格劃分破碎區域，進而更新立方體網格模型，最后實現了像建筑物、車子等三維物理的破碎斷裂現象。Parker等[11]同樣延續了O'Brien的研究成果，對有限元計算模型進行了簡化處理，提出一種新的物理模擬引擎能夠比較高效地實現游戲場景中的脆性物體破碎特效。Bao等[12]同樣基于有限元分析的方法，提出將模擬對象離散成剛體四面體網格模型，在確定破碎裂紋之后，采用虛節點拓撲重組生成新的面片，進而形成新的四面體網格結構，這種方法不用擔心時間步長的約束，且避免了在求解非線性方程時的時間開銷，能夠高效地模擬脆性物體的破碎效果。Su等[13]在Bao等人[12]的研究基礎上充分考慮了物理破碎時的動量和能量守恒，提出了碰撞中心點的預處理機制，提高了模擬的實時性?；谖锢淼姆椒▽τ诟鞣N裂紋的模擬真實感較高，但是復雜的網格劃分和數學方程的計算過程帶來了巨大的開銷。