[发明专利]一种书画绘制仿真系统

说明书

技术领域

本发明属于虚拟绘制技术领域，特别是涉及一种书画绘制仿真系统。

背景技术

书画绘制是艺术家通过控制毛笔的受力和姿态在纸上完成书画创作的过程。

虚拟绘制系统需要从毛笔受力和姿态、毛笔定位方面入手实现对书画绘制的仿真。

1988年Chong-ming Shi等在文献“Chong-ming Shi et al.An input method of calligraphic characters using pressure sensing pen[C]//Proc.of IEEE Systems,Man,and Cybermatics.1988,(1):369-372.”中开发了一种书法系统，该系统包括压力感应笔、图形输入板、微型计算机和输出设备。用户通过操作压力感应笔在图形输入板上完成汉字书写过程，并在输出设备中显示。但此压力感应笔机械结构复杂，与图形输入板之间通过有线连接，操作不方便。2002年Jeng-sheng等在文献“Jeng-sheng,et al.On the effects of haptic display in brush and ink simulation for Chinese painting and calligraphy[C]//10th Pacific Conference on Computer Graphics and Application(PG02).IEEE,2002.10:439-441.”中开发了一种基于力反馈技术的虚拟绘制系统，该系统包括六自由度的力反馈设备、三维毛笔模型、纸模型和水墨传输模型。用户通过Phantom Desktop力反馈设备操作虚拟毛笔在纸模型上完成虚拟绘制。但此力反馈设备活动范围有限，使用不方便。Nelson S.H.Chu等在文献“Nelson S.H.Chu,Chiew-Lan Tai.Real-Time Paintingwith an Expressive Virtual Chinese Brush[J].IEEE Computer Graphics and Applications,Vol24,No.5,pp.76-85,2004.”中构建了一种虚拟绘制系统，该系统包括仿真毛笔、三维毛笔模型、纸模型和水墨传输模型。用户通过操作仿真毛笔控制虚拟毛笔在纸模型上完成虚拟绘制。但安装于仿真毛笔上姿态测量装置体积、重量大，使得该仿真毛笔操作不便，影响虚拟绘制过程。2008年，孙美君在文献“孙美君.中国水墨画仿真中毛笔模型的研究与设计[D].天津大学，2005.”中开发了一种水墨画仿真绘制系统IWDSS，通过Wacom公司的Intuos2数位板和压力感应笔实现虚拟绘制。在上述虚拟绘制系统中运笔位置和显示分离，影响使用者艺术水平的发挥，不能满足虚拟绘制的要求。

发明内容

本发明提出了一种书画绘制仿真系统，该系统包括仿真毛笔和平板电脑，该系统实时检测仿真毛笔受力情况和姿态矢量，控制虚拟毛笔在平板电脑上完成虚拟绘制。

仿真毛笔包括仿真毛笔笔头、仿真毛笔笔杆、基于MEMS的力/力矩传感器、MEMS惯性测量单元、微处理器、无线传输设备、蓄电池。基于MEMS的力/力矩传感器、MEMS惯性测量单元、微处理器、无线传输设备、蓄电池沿仿真毛笔笔杆方向顺序安装在仿真毛笔笔杆内，其中，蓄电池位于仿真毛笔笔杆的顶端；基于MEMS的力/力矩传感器是测力元件，实时检测仿真毛笔所受力与力矩的大小和方向，安装在仿真毛笔笔头根部，直接与仿真毛笔笔头相连；仿真毛笔笔头具有真实毛笔笔头的特性，受力产生变形并能够将仿真毛笔笔头受力传递到基于MEMS的力/力矩传感器；MEMS惯性测量单元是测量姿态元件，实时检测仿真毛笔的姿态信息；微处理器是数据处理元件，与无线传输设备相连；通过无线传输设备实现仿真毛笔和平板电脑之间的数据无线传输；蓄电池是基于MEMS的力/力矩传感器、MEMS惯性测量单元、微处理器、无线传输设备的电源。

用户使用仿真毛笔在平板电脑上进行虚拟绘制，在虚拟书画绘制过程中仿真毛笔笔头受力产生变形，基于MEMS的力/力矩传感器直接检测出仿真毛笔受力信息，MEMS惯性测量单元直接输出采集到的仿真毛笔姿态信息，仿真毛笔的受力信息和姿态信息都通过无线传输设备传递给平板电脑，同时平板电脑完成对仿真毛笔的定位，完成虚拟书画绘制过程。