计算机图像非真实感渲染研究综述

翟 月

（安徽电子信息职业技术学院，安徽 蚌埠 233000）

计算机图形处理技术是通过程序算法将平面、空间图形转变成计算机显示的栅格图形的技术，人类计算机领域和科技领域的发展受到计算机图形学的重要影响，虽然计算机图形处理发展时间尚短，但是此技术得到了众多专家学者的深入研究，为此研发出了众多的算法用于计算机图形的处理，比如做出抽象合成物体图像和具体的有形物体图像，同时将静态图像制作成为动态的图像，对于信息交流发展意义重大。计算机图像非真实感渲染技术作为一个新兴技术，受到各方面的高度关注，当前能够实现铅笔画、油画、水彩画等多种艺术效果的图像，目前计算机图像非真实感渲染技术的表现有模仿画家的创作与采用滤波技术处理图像，前者需要用户自己进行交互处理，而后者则是通过不同的平滑和锐化模板对图像进行滤波处理，进而达到图像的风格化处理，且在实际工作中应用广泛，如当前PS技术。

1、计算机图像的非真实感渲染技术的发展历史

计算机图像的非真实感渲染技术自出现到现在一直是国际会议的焦点，并且经过无数专家学者的努力，已取得杰出成果。利用计算机图像非真实渲染技术不仅能够绘制艺术作品风格的二维平面图，还能够拓展三维立体的非真实图像，但是真实感和非真实感表现手法是有很大不同的，区别之一就是物体的特征和艺术特质无法通过真实感得以表现，所以非真实感绘制慢慢得到了人们的认可，当前已经成为了计算机领域发展的重要技术点。非真实感技术没有对术语表达型、美术等进行统一的规范，其主要表现的形式有说明性绘制以及艺术绘制、通过术语明确的表达研究目标。非真实感不同于真实感的对照片的模拟以及真实场景再现，其只是对其进行部分真实感再现，留有一部分作为非正式感的变现，例如普通三维线框图。

2、计算机图像处理技术现状

2.1、 基于图像处理技术的发展

三维非真实感是针对人们生活现实状况的最好反映，通过将图像以空间模型的形式进行表现，之后再加入非真实的夸大风格，进而形成了空间艺术风格形式，

空间艺术风格形式的重点是透视和投影，也就是通过扭曲、变形图像透视变换并观察和修正图像的试点变换分割真实图像，将其变为平行透视和投影，最后通过平面变换形成了空间艺术风格图像，之后还有其他的空间艺术风格出现，例如半球型表面投影技术、倾斜角平面投影技术、曲线追踪算法的计算机非真实感绘制、三维铅笔画动画、自动生成卡通以及等级结构卡通与模型等等三维空间艺术风格。

2.2、 基于图像的非真实感的纹理合成技术

我们利用计算机能够自动生成艺术风格的图像，这就是三维空间图像非真实感无笔绘制技术，这种技术的特点是运用边缘检测、分割、滤波等技术处理图像，图像会因此产生特殊的视觉效果，技术忧点是不会产生绘画过程、绘画工具复杂建模出现的问题。

3、基于计算机图像的非真实感绘制技术

一般情况下，无笔划绘制和笔划绘制是基于图像的非真实感绘制技术根据图像模拟方式划分的两种形式，根据图像的风格形式可以分为线条绘制、素描绘制。

3.1、 基于图像的线条画绘制技术

线条画具有较强的抽象性和较好的表现力，我们在美术创作、工艺美术、科技文献以及平面广告中都经常见到，是一种应用广泛的艺术表达方式，以拥有简单的变现形式、不同的表现风格而闻名，图像绘制的画笔、画布或者运笔方式不同，都会形成不同的线条画风格。线条画技术根据绘制图像的数据形式分为几何绘制技术与图像绘制技术，几何绘制技术主要在三维模型的绘制；图像绘制技术主要用于数字图像的绘制。我们同样依据图像绘制形式的不同，将线条画绘制分为无笔划和有笔划两种；对于有笔划方式，其基本的绘制元素是线条，通过定义每一种笔图所代表的形状来将图像表现出来，笔画所构建的区域则是通过纹理与色调进行填充，纹理表示物体表面的材质，色调表示可视化光照信息，所以正确使用笔划纹理对表示纹理和色调整个图像是绘制的关键。

3.2、 基于图像的素描画绘制技术

素描画作为线条画的特殊形式，在线条画的基础之上，表现其自身独特的表现力和抽象性，通过不同类型的炭笔对不同色调进行表现，可以运用宽度和密度不同的线条，表现出物体的高光、亮部、暗部和明暗交界线。计算机素描绘制技术是运用数字技术处理图片，将图像中主要物体的轮廓提取出来并渲染，得到图像的素描像，这是计算机素描画的机理，在常用图像处理技术中，我们常用的为灰度差的方法，通过其提取出图像轮廓，将物体的像素点中灰度值较大点作为物体的轮廓点，再将所有的轮廓点连接起来便可以得到相应的物体轮廓，这与传统的图像素描风格生成算法的基本思想是一致的。

4、基于带通修正的低通滤波自商算法的图像非真实感绘制技术

4.1、 图像的带通修正的低通滤波修正

带通修正的低通滤波数字图像处理技术是对二维图像空间域和频率域的处理，其实是针对图像所在的二维平面由图像像元组成的空间的变化情况的处理。我们所说的图像处理的空域处理，实际上是处理图像像素，利用如像素叠加等操作将空间域像元灰度值改变，图像像元的灰度值会随着位置而变化，产生的空间频率就是图像频率域，将图像信息的分布特征用图谱表示，高频区就是图像中结构复杂、灰度突变或者集中了干扰噪声和图像细节的区域，高频区域和低频区域之间通过图像高频分量来分割。带通修正技术处理的部分是处于低频部分和高频部分之间的特殊状态，这样，不论是图像的过高频率还是过低频率都会受到抑制。

4.2、 图像的灰度处理技术

这是一种传统的计算机线条画绘制技术，通过将彩色RGB图像进行灰度转换、噪声处理之后，首先运用锐化算子将图像的细节进一步增强，然后运用边缘检测算法将图像的边缘轮廓提取出来，细化边缘后跟踪处理边界，将非特征线条去掉后连接剩下的非剩余特征线条：第一步：灰度处理：通过加权平均值法处理RGB图像；第二步：通过Butterworth低通滤波法消除图像噪声，提高图像质量；第三步：将图像通过锐化处理，以增强图像细节信息，提高图像信号高频分量，得到清晰图像；第四部：在边缘检测之后对得到的边缘线进行修正、细化处理，得到最后的线条图。此技术用于色调简单物体的图像的生产，效率高，但是对于色调复杂的图像得到结果图像不理想。

将普通图像用带通修正的低通滤波器对图像进行频域滤波修正，再对原始图像和滤波结果图像做自商运算，得到灰度化特征图像，二值化此图像即可得到结果图像。

5、基于图像空间域和频率域层次感素绘制技术

素描画是非真实感绘制技术的普遍形式，通过绘制图像的边缘轮廓线，通过图像灰度特征，明暗色调和光源信息的纹理等方式进行图像的表现，这是通过交叉视角所表现出来的，图像的空间域与频率域是生产图像纹理的主要参数，提取图像线条后膨胀得到双层边缘线条，运用运动模糊操作，获得层次感纹；而运用带通修正高通滤波器滤波处理获得的灰色边缘图像则是频率域，在通过二值化处理到边缘线条，控制线条宽度得到不同像素宽，并进行运动模糊得到层次感素描纹理。

5.1、 空间域的层次感绘制

素描画层次感的绘制首先要生产线条图像，在对线条图像进行灰度图像转化、平滑去噪、像增强等处理，提取理想线条画的图像。用robert高阶微分算子对图像边缘线条基础上做膨胀处理，所以需要先对原图像做边缘处理，再通过运动模糊可以获得素描层次纹理，能够有效的将图像敏感特征体现出来，而且素描纹理的叠加效果、明暗对比与层次感更强。

5.2、 图像层次感素绘制技术

通过处理图像得的空间域以及频率获得层次素描纹理，其具体步骤如下：第一步：边缘线条处理：首先将图像利用二阶robert微分算子提取图像特征边缘线条，通过局部差分算子寻找边缘的算子，进而获得图像的边缘特征以及区域特征，而且其能够表现出手绘风格的艺术线条效果；第二步：将灰度图像进行二值化处理：运用Roberts边缘检测算子能够提取到灰度边缘图像，经过二值化的操作之后，将各像素点大的线条保留下来，得到最后的二值化线条图；第三步：获取双线条:灰度边缘图像纹理色调单一且层次感不强，所以在经过二值化处理的边缘线条，对其做腐蚀、膨胀处理反复三次，以获取三层次的双边缘线条；第四步：运动模糊处理：运动模糊处理双边缘线条，能够让快速移动的场景的真实感增强，使得图像层次感更加的明显；第五部：层次纹理与线条边缘的融合：因边缘线条的动态要素范围不同，所以通过一个协调要素的参数值将素描层次纹理与线条连接在一起构成最后的结果图像。

6、结束语

综上所述，随着科学技术的发展，部分数码产品已经集成了部分图像处理工作，人们对于图片不再是将现实的真实反映，而要将其自身的丰富图像表现力展现出来，所以非真实感图片的艺术表现力深受群众喜欢，但是在图像处理技术创新方面发展缓慢，导致图像处理技术不能满足人们的现实需要，所以研究人员对计算机图像非真实感渲染技术进行研究，其在艺术创作、三维动画、主体视觉以及设计图制作方面应用前景良好，应当重视其发展。

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