基于著色器的卡通實時渲染技術研究.pdf

1、卡通渲染技術是非真實感渲染技術的一種，其目的是通過計算機自動生成傳統(tǒng)卡通風格的模型與場景的繪制效果?？ㄍㄤ秩炯夹g用明顯的輪廓和不變的顏色來構造一個具有鮮明卡通視覺效果的虛擬世界，與其他渲染效果相比，這種效果更讓人感到親切。 卡通渲染技術在動漫、電影里都有大量的應用，此外，國外已經出現了將卡通渲染技術應用到游戲中，生成卡通風格的3D場景，以獲得貌似卡通渲染的獨特視覺效果的游戲產業(yè)發(fā)展趨勢。而我國在數字娛樂方面的研究與國外相比還比較

2、落后，只有浙江大學等幾所高校從事包括卡通渲染在內的非真實感渲染技術研究。 出于我個人多年形成的對卡通、動漫、電子游戲的濃厚興趣，我選擇了卡通渲染技術的研究作為畢業(yè)課題。我希望能夠拋磚引玉，作為一個小小的火種，帶動更多的人對我國數字娛樂產業(yè)發(fā)展的思考、探索和研究。 本文首先介紹了卡通的來源和發(fā)展歷程，接著，概述了卡通渲染技術的起源、研究現狀、應用和關鍵技術，還將卡通渲染與其他非真實感渲染做了直觀地比較。之后，本文分章節(jié)研究

3、了卡通渲染技術涉及的幾項關鍵技術：輪廓線檢測、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。通過編寫自己的頂點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。 輪廓線是卡通風格繪制的基礎，二三維卡通畫在表現模型的時候，通常用輪廓線來勾勒形狀，并用

4、粗線來表現模型的重要特征。本文給出了包括卡通渲染在內的非真實感渲染領域中輪廓線的定義及分類，并用數學的語言，梳理了包括物體輪廓線、折痕、暗示輪廓線在內的多種輪廓線的數學描述。在輪廓線數學描述的基礎上，綜合運用數學知識，把輪廓線的數學描述轉換成候選的線形生成算法，實現了針對三維模型的輪廓線實時提取和繪制，并給出實驗結果。 卡通著色是計算卡通風格的光照并由此決定像素顏色的過程，只不過這種著色有些特殊，效果不同于傳統(tǒng)的真實感光照模型。