基于语义的敦煌壁画的模拟与渲染

There are 45,000 square meters with "Flying Apsaras" features murals in Mogao Grottoes at Dunhuang, which informatively record more than 1600 years of Dunhuang splendid culture and are thought to be one of the wonderful world art treasures.In recent years, simulation and rendering of oil paintings, watercolors and China painting studies are under way, but for simulation and rendering of the Dunhuang murals have not been reported yet..There are three main research areas in the project. First, use Curtis and other scholars' fluid dynamics simulation based on shallow-water watercolor art for reference to establish the Dunhuang mural paper model, pigment dispersion model and the mixed color model, and explore the simulation methods of Dunhuang murals..Secondly, introduce the image rendering method of semantics-driven art, and create brush dictionary based on image instances, and improve stroke placement algorithms to make a better simulations of artists drawing..Finally, according to the Dunhuang murals feature of using lines as outline figures for human and landscapes, design the filter and its algorithm based on lines, and explore the image abstract methods on the basis of keeping the main mural characteristic of different periods, and then make the stories in static images of murals display to people..This research not only has a great significance of inheriting and carrying forward the Dunhuang culture great significance, but also proposes models and algorithms that can be further applied to the different areas.

敦煌莫高窟，拥有4.5万平方米具有"飞天"特征的壁画，翔实地记录着敦煌1600多年灿烂的文化，堪称世界艺术宝库的一朵奇葩。近年来，油画、水彩画及中国画的模拟与渲染的研究如火如荼，但对于敦煌壁画的模拟与渲染还未见报道。本课题的研究主要包含三个方面，首先，借鉴Curtis等学者模拟各种基于浅水流体动力学水彩艺术效果,建立敦煌壁画的纸张模型、颜料扩散模型以及混色模型，探索敦煌壁画的模拟方法。其次，引入图像语义驱动绘画的渲染方法, 创建基于图像实例的笔刷字典，改进笔画放置算法，更好的模拟艺术家绘画技巧。最后，根据敦煌壁画以线条为主勾勒人物、风景的特点，设计基于流线的滤波器及其算法，探索在保持不同时期壁画主要特色的基础上的图像抽象方法，把敦煌壁画的静态图像故事，活灵活现地展示在人们面前。本课题的研究不仅对敦煌文化的传承和发扬具有重大的意义，研究中得到的模型、算法都可进一步应用到各个不同领域。

壁画图像存在不同程度的破损，图像修复是一切工作的出发点，我们首次提出了D-S证据理论的修复方法，并进行了深入研究，把它发展到小波分解的D-S证据理论的研究上，并研究了alpha+bet参数在D-S证据理论的影响等等。.课题组研究了基于语义的模糊C-均值聚类算法因其算法，通过引入像素聚类样本到聚类中心的隶属度来表示像素样本的隶属度，该类隶属度的大小能够客观反映出算法中样本点隶属于某一类的程度。.L0平滑是一种保留边界的图像平滑方法，是一种基于图像梯度零范数的全局平滑方法。其主要思想是通过是的图像梯度的零范数更小来实现图像的平滑处理。.基于真实纹理的渲染方法使用真实的铅笔画色调作映射，获取的渲染渲染结果可以很好的模拟铅笔画的笔触，拥有较好的渲染效果。但有些算法渲染结果存在铅笔画纹理不明显、图像亮度过高、人物面部并不清晰等问题，课题组通过对传统的基于真实纹理的渲染方法进行改进，克服上述问题，提高了渲染质量，进而获得优质的敦煌壁画铅笔画渲染结果。.课题组提出了一种实现木版画渲染的方法，获得具有艺术效果的木版画渲染图像。.在完成本课题的同时，我们将D-S证据理论推广到目标跟踪和识别。提高了对目标对象的实时跟踪和识别等优点。.课题组还做了其它方面的研究，如虹膜图像分割，图像秘密分存等。.项目研究期间，我们还承担了经费限期使用的其它项目，综合使用其它项目的基金，本项目经费有较大结余，目前经费用于下面的研究中:一、在研究过程中，敦煌研究院提出了数字图像的版权保护问题，我们利用3阶魔方成功应用到像素不扩展的数字版权保护问题，取得了较好效果，目前正在展开4-13阶魔方运算及其在数字版权上的应用。二、目前数字签名得到了大量的研究和应用，但是对于传统的中国书画来说，实物印章的可验证性、不可复制性、不可篡改性对知识版权保护性具有不可估量的重要性。我们正在将数字签名的一些算法应用于实物印章的版权保护上，并取得了初步成果。综上，一批重要成果有望近几年内发表。