基于著色器的卡通實(shí)時(shí)渲染技術(shù)研究.pdf

1、卡通渲染技術(shù)是非真實(shí)感渲染技術(shù)的一種，其目的是通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成傳統(tǒng)卡通風(fēng)格的模型與場(chǎng)景的繪制效果。卡通渲染技術(shù)用明顯的輪廓和不變的顏色來(lái)構(gòu)造一個(gè)具有鮮明卡通視覺(jué)效果的虛擬世界，與其他渲染效果相比，這種效果更讓人感到親切。 卡通渲染技術(shù)在動(dòng)漫、電影里都有大量的應(yīng)用，此外，國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了將卡通渲染技術(shù)應(yīng)用到游戲中，生成卡通風(fēng)格的3D場(chǎng)景，以獲得貌似卡通渲染的獨(dú)特視覺(jué)效果的游戲產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。而我國(guó)在數(shù)字娛樂(lè)方面的研究與國(guó)外相比還比較

2、落后，只有浙江大學(xué)等幾所高校從事包括卡通渲染在內(nèi)的非真實(shí)感渲染技術(shù)研究。 出于我個(gè)人多年形成的對(duì)卡通、動(dòng)漫、電子游戲的濃厚興趣，我選擇了卡通渲染技術(shù)的研究作為畢業(yè)課題。我希望能夠拋磚引玉，作為一個(gè)小小的火種，帶動(dòng)更多的人對(duì)我國(guó)數(shù)字娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考、探索和研究。 本文首先介紹了卡通的來(lái)源和發(fā)展歷程，接著，概述了卡通渲染技術(shù)的起源、研究現(xiàn)狀、應(yīng)用和關(guān)鍵技術(shù)，還將卡通渲染與其他非真實(shí)感渲染做了直觀地比較。之后，本文分章節(jié)研究

3、了卡通渲染技術(shù)涉及的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：輪廓線檢測(cè)、輪廓線繪制、著色器編程、卡通著色。 可編程的圖形流水線是在固定功能圖形流水線的基礎(chǔ)上，在幾何處理階段增加了可編程的變換和光照模塊，即頂點(diǎn)著色器；以及在光柵化階段增加了可編程的紋理、濾波和混合模塊，即像素著色器。通過(guò)編寫自己的頂點(diǎn)著色器和像素著色器程序，就可以完成甚至超越固定功能模塊的工作。 輪廓線是卡通風(fēng)格繪制的基礎(chǔ)，二三維卡通畫在表現(xiàn)模型的時(shí)候，通常用輪廓線來(lái)勾勒形狀，并用

4、粗線來(lái)表現(xiàn)模型的重要特征。本文給出了包括卡通渲染在內(nèi)的非真實(shí)感渲染領(lǐng)域中輪廓線的定義及分類，并用數(shù)學(xué)的語(yǔ)言，梳理了包括物體輪廓線、折痕、暗示輪廓線在內(nèi)的多種輪廓線的數(shù)學(xué)描述。在輪廓線數(shù)學(xué)描述的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)，把輪廓線的數(shù)學(xué)描述轉(zhuǎn)換成候選的線形生成算法，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)三維模型的輪廓線實(shí)時(shí)提取和繪制，并給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 卡通著色是計(jì)算卡通風(fēng)格的光照并由此決定像素顏色的過(guò)程，只不過(guò)這種著色有些特殊，效果不同于傳統(tǒng)的真實(shí)感光照模型。