交互式艺术汉字造型与绘制的关键技术研究

针对当前我国在计算机辅助汉字造型与设计方面存在的问题，以及书法艺术在信息时代亟待继承和发展的现状，课题以我国丰富的书法碑帖作为汉字造型的素材，借鉴传统书法理论，结合先进的图形图像处理、模式识别等技术，研究艺术汉字造型的基础理论和算法，探索艺术汉字在纹理、字形、动画、笔法和章法构成等方面的计算机表达和绘制方法。其主要研究内容包括：基于样本的交互式艺术汉字生成；建立能表现复杂笔画纹理的新颖虚拟毛笔模型；重现书法汉字图像的动态笔画书写效果；以及依据书法的笔法和章法理论辅助书法作品分析。开展本课题的研究工作，对于在信息时代继承和发展传统的书法艺术，丰富计算机辅助汉字造型和设计的基础理论和算法，有着重要的科学意义和实际应用价值。

针对当前我国在计算机辅助汉字造型与设计方面存在的问题，以及书法艺术在信息时代亟待继承和发展的现状，课题以我国丰富的书法碑帖作为汉字造型的素材，借鉴传统书法理论，结合先进的图形图像处理、模式识别等技术，研究艺术汉字造型的基础理论和算法，探索艺术汉字在纹理、字形、动画、笔法和章法构成等方面的计算机表达和绘制方法。主要研究内容包括：提出了基于样本的交互式艺术汉字生成；建立了能表现复杂笔画纹理的新颖虚拟毛笔模型；实现了书法汉字图像的动态笔画书写效果仿真；探索了依据书法的笔法和章法理论来辅助书法作品分析。. 在基于样本的交互式艺术汉字生成方面：通过构建笔画库，考虑到笔锋轨迹能反映汉字笔画风格，提出借助笔锋轨迹识别的汉字笔画形状检索方法。在此基础上，引入9-Intersections & Range Relation模型描述汉字的结构，然后结合书法审美要求，构建了汉字拓扑结构优化方法。. 在建立能表现复杂笔画纹理效果的虚拟毛笔建模方面：通过采集浓淡不同的真实书法纹理图像，进一步将纹理颜色变化看作随机时间序列，采用ANFIS学习这些纹理，得到书法纹理自动生成模型。在此基础上，通过压感笔输入，获得用户的书写行为信息，如书写速度、书写力度，以及书写时间等信息，综合这些信息对书法纹理和笔画形状的影响，设计了纹理类型自动选择函数，再结合纹理自动生成模型，我们构建了能表现复杂笔画纹理效果的虚拟毛笔模型。. 在书法汉字图像的动态笔画书写效果仿真方面：通过采集不同类型毛笔书写的笔触，借助统计建模的方法，针对几种典型毛笔类型（长锋羊毫、大狼毫、中狼毫和小狼毫）特点建立其相应的笔触模型。在此基础上，结合毛笔书写规律，交互给定笔锋运动轨迹，综合考虑笔锋轨迹点的坐标、压感值、时间、角度、笔锋和运笔信息，根据平移、旋转公式确定笔触的状态，得到书写的笔触序列，形成汉字书写动画。. 在依据书法的笔法分析方面：主要借助笔锋轨迹识别方法，即根据不同书法笔法在藏锋、中锋和逆锋运笔时导致的笔锋运动轨迹差别，来建立笔锋运动轨迹与笔画的对应关系，从而实现了书法笔法的计算机表达和识别方法。. 本课题研究工作的完成，对于在信息时代继承和发展传统的书法艺术，丰富计算机辅助汉字造型和设计的基础理论和算法，有着重要的科学意义和实际应用价值。