[发明专利]一种快速且精确的大理石纹釉生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学中的流体仿真领域，特别是涉及一种快速且精确的大理石纹釉的生成方法。

背景技术

快速并且精确的大理石纹釉生成系统通过数值方法求解二维流体动力学的Navie-Stokes方程，提供了一种用计算机来模拟制作大理石纹釉这门传统艺术的工具。

大理石纹釉工艺起源于11世纪的西南亚地区，但至今仍是一门受全世界人民喜爱的手工艺。其制作流程的基本过程是：对悬浮在基底液表层的颜料进行滴液，搅动，梳理等操作，然后将得到的图象转移到其他具有吸附性材料上进行保存。由于在很大程度上受到各种物理条件的限制，因此制作大理石纹釉并不是一样轻松的事。近年来，涌现了很多用计算机来模拟大理石纹釉工艺的仿真系统。这些系统将人类从物理的局限性中解放出来，人们通过设置一些流体的参数，随意搭配色彩方案，定制个性化的操作方式，甚至还可以撤销或重复设计过程中的每一步，就可以轻松的设计出漂亮的大理石纹釉图案。

2001年，研究人员首次提出用物理方法来模拟传统大理石纹釉工艺，参见Suzuki，T.，Mao，X.，Imamiya，A.：Simulating marbling with computergraphics.Proc.IASTED Interna-tional Conf.Visualization，Imaging，andImaging Processing，pp.208-213.IASTED，Calgary(2001)。2003年茅晓阳等人将其扩展成用户交互的大理石纹釉生成系统，该系统基于传统的大理石纹釉工艺的物理模型，制作过程可以看作一个二维流体动力学问题，并用数值方法求解。参见Mao，X.，Suzuki，T.，Imamiya，A.：AtelierM：Aphysically based interactive system for creating traditional marbling textures.Proc.1st International Conf.Computer Graphics and Interactive Techniques inAustralasia and South East Asia(GRAPHITE’03)，pp.79-86.ACM，NewYork(2003)。此后Acar和Boulanger等研究人员提出了用多图层的流体模型来模拟这门工艺，参见Acar，R.，Boulanger，P.：Digital marbling：amultiscale fluid model.IEEE Trans.Visualization and Computer Graphics，12(4)，pp.600-614(2006)。然而由于这些方法都是建立在CPU上的，运行速度较慢，用户需要等待数秒甚至数分钟才能看到模拟的结果。后来金小刚等人提出了在GPU上求解Navie-Stokes方程，虽然在速度上基本能达到实时性的要求，但却遇到了边缘模糊的问题，在真实的大理石纹釉工艺中，牛胆汁常常被添加到颜料中以在其表面形成脂肪层，从而使各种色彩不至于混合到一起，参见Jin，X.，Chen，S.，Mao，X.：Computer-generatedmarbling textures：a GPU-based design system.IEEE Computer Graphics andApplications，27(2)，pp.78-84(2007)。此后，许佳奕等人采用复杂的高阶水平对流模式改进纹釉的锐化效果，参见Xu，J.，Mao，X.，Jin，X.：Nondissipative marbling.IEEE Computer Graphics and Applications，28(2)，pp.35-43(2008)。然后高阶的方法不仅没有彻底解决边缘模糊问题，而且引入了流体产生不稳定的新问题。除此之外，以上的大理石纹釉仿真系统均不能实时生成高分辨率的大理石纹釉图案。

发明内容

本发明提供了一种快速且精确的大理石纹釉生成方法。该方法通过用数值方法求解二维流体的动力学Navie-Stokes方程，有效地解决了现有的基于物理的实时大理石纹釉生成系统中存在的问题，本发明基于最新的图形硬件并行计算架构CUDA，为艺术家和非艺术家设计大理石纹釉图案提供了一个非常便利的工具。

一种快速且精确的大理石纹釉生成方法，用户通过基于CUDA的仿真系统执行各种操作，仿真系统执行相应的算法来进行大理石纹釉的仿真制作；

方法包括以下步骤：