Two Methods for Creating Chinese Painting
Ching (Clara) Chan Visualization Sciences Program Texas Aamp;M University Ergun Akleman y Visualization Sciences Program Texas Aamp;M University Jianer Chen Department of Computer Science Texas Aamp;M University
Abstract We present two methods to create realistic Chinese painting. The first method is to create 3D Chinese painting animation using existing software packages. The second method is an expressive paint tool which allows an artist to interactively create 2D Chinese painting.
- Introduction and Motivation
The main goal of this research is to bring Chinese painting to the digital realm, while keeping the tradition and the essence of the original art form [17, 14]. In addition, with the flexible and powerful computer medium, new forms of art can be created — 3D Chinese painting animation and stereoscopic images of Chinese painting. Using the computer medium adds a third dimension to the world of Chinese painting, which until now has traditionally been restricted to two dimensions. Chinese painters have been using the ink-and-brush medium to create beautiful paintings on paper or silk scrolls for thousands of years. These paintings were drawn using brushes made from very fine animal hair which were dipped in ink and water. The interaction between ink particles, water particles and paper produces different aesthetically appealing effects unique to the ink-and-brush medium. The secret of Chinese painting is in putting the correct tones in the proper parts of the brush and in being able to call them forth by proper handling of the brush. Chinese painting can be traced back to decorations on pottery and on the floors of thatched huts in the Neolithic period [around 10,000 B.C.]. In the Eastern Zhou dynasty,2,500 years ago, the use of brush and ink had already developed to such an extent that the basic brush-made shapes have changed little since then. What makes Chinese painting such an exquisite flower in the garden of Chinese civilization is the way the arts of the brush — painting, calligraphy, and poetry — together with the related art of seal engraving, interact to produce so many of the masterpieces [17]. Traditional Chinese painting falls into two broad styles: gong bi and xiao pin (also known as xie yi). Gong bi painting comprises serious work for which the artist makes comprehensive preliminary drawings before composing a highly finished painting. It is primarily an outline drawing, with colors added where the artist thinks necessary. It is refined and decorative. Xiao pin means a “simple artistic creation.” The artist engages in lighthearted ink play as the brush ceaselessly cavorts back and forth on the paper. It appears to be done with spontaneity, and even careless freedom [14]. In this research, we developed two methods to simulate the xiao pin style. We particularly tried to achieve four characteristics of xiao pin style Chinese painting is known as fei bai, or “flying white,” so named because it conveys a sense of speed and movement [19]. Fei bai is created when the brush becomes dry and leaves the paper exposed. This is considered desirable because the energy continues across the gap and suggests great vitality [14]. A highlight effect that is more accidental than controlled, it also suggests the play of shimmering light and imparts a three-dimensional quality to the form.
Atmospheric Perspective or Depth - Atmospheric perspective refers to the fact that objects get blurry and hazy in the distance due to particles in the air. In Chinese painting, objects in the background are usually painted with very diluted ink to give the distant feeling and add depth to the painting [14].
Irregularity - No matter how thoughtful a painter is, there is always an element of surprise whenever the brush touches the paper. One can always find many different shades of the same color within a stroke. Also, the edge of a stroke is never perfectly smooth because of interaction between the ink and the paper surface. Creation of xiao pin style paintings requires simulation of the essential materials for Chinese painting. These materials include the followings:
Paper - The most common paper for Chinese painting is xuan. This is also known as rice paper, but in fact is largely made from bamboo pulp. It is white and soft, and comes in various qualities and thicknesses [14].
Ink - Ink normally comes in stick forms. Ink sticks are made of soot from materials such as burned pine wood or lampblack. These are pounded together with glue and camphor and placed in molds to form a solid block. Bottled ink is also available, but rubbing your own ink is essential for the serious painter [14].
Ink Stones - The ink stone on which the ink stick is rubbed is hard and non-porous. A little water is added to the stone to make ink [14].
Brushes - Because all of the techniques depend on brushwork, the brush is the single most important tool of the Chinese painter. Brushes are made from a wide variety of animal hairs, for example, the soft goat hair and the hard wolf hair [14].
Pigments- The basic colors for Chinese painting are as follows: indigo, rattan yellow, umber (raw and burnt), rouge, carmine, cinnabar, mineral blue, mineral green, lead white. The colors are traditionally made from mineral and vegetable pigments [16].
Seals - One always notices the distinctive red imprint of the seal or seals appearing on most Chinese paintings. The seals usually bear personal names and may be used alone or with the signature of the artist. It is also a common practice for owners to add their seals to the paintings [19]. The seals are also necessary to complete the meaning and composition of a painting. Very often, the seals themselves become fine works of art. The thick and sticky seal paste is made of cinnabar (mercuric oxide) which gives the red color.
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两种创造中国画的方法
Ching（Clara）Chan可视化科学项目德州农工大学Ergun Akleman y可视化科学项目德州农工大学的计算机科学德州农工大学
摘要：本文提出了两种创作现实中国画的方法。第一种方法是使用现有的软件包创建3D中国画动画。第二种方法是一种富有表现力的绘画工具，它可以让艺术家交互式地创作2D中国画。
1、介绍和动机
本研究的主要目的是将中国画带入数字领域，同时保持原有艺术的传统和精髓，此外，随着灵活而强大的计算机媒介，可以创造出新的艺术形式——中国的3D绘画动画和中国绘画的立体图像。使用计算机媒体为中国绘画的世界增添了第三个维度，迄今为止，中国画一直被限制在二维空间中。
几千年来，中国画家一直在用画笔工具在纸上或丝绸上画出美丽的画。这些画是用毛笔蘸着墨水和水做成的刷子画出来的。墨水粒子、水粒子和纸张之间的相互作用产生了不同的美学吸引力，这种效果是独一无二的。中国画的秘密在于把正确的音调放在画笔的适当部分，并通过适当的笔触来召唤它们。中国的绘画可以追溯到陶器上的装饰，也可以追溯到公元前一万年左右的新石器时代的茅草屋的地板上。
在东周，两千五百年前，画笔和墨水的使用已经发展到这样的程度，从那时起，基本的灌木状的形状几乎没有变化。在中国文明的花园里，中国绘画如此精致的花朵，是绘画、书法和诗歌艺术的艺术，以及篆刻的相关艺术，相互作用，产生了如此多的杰作。中国传统绘画分为两大类：宫比和小平（也叫谢毅）。摘要龚比画是一幅严肃的作品，艺术家在创作一幅高幅画之前，对其进行了全面的初步绘画。它主要是一个轮廓图，在艺术家认为必要的地方添加了颜色。它是精致的和装饰性的。萧平的意思是“简单的艺术创作”。“艺术家在纸上不停地来回地画着轻松的墨水游戏。”这似乎是自发的，甚至是粗心的自由。
在这项研究中，我们开发了两种方法来模拟小针的风格。我们特别努力达到了小针式中国画的四个特点。以下是小针式绘画的特点。被称为飞白，或“飞翔的白色”，之所以如此命名，是因为它传达了一种速度和运动的感觉。费白是在画笔变干的时候被创造出来的，让纸张暴露出来。这被认为是可取的，因为能量会继续穿过缝隙，并显示出巨大的生命力。这是一种比控制更偶然的突出效果，它也暗示了闪烁的光的作用，并将三维的质量赋予了形体。大气透视或深度-大气透视是指由于空气中的粒子在距离上变得模糊和模糊。
在中国画中，背景中的物体通常被涂上稀释的墨水，以表达遥远的感觉，并为这幅画增添了深度。不规则性——不管一个画家有多体贴，每当画笔接触到纸的时候总会有惊喜的成分。在中风中，你总能找到许多不同的颜色。而且，由于墨水和纸张表面之间的相互作用，中风的边缘从来都不是完全平滑的。摘要萧针风格绘画的创作需要对中国画的基本材料进行模拟。这些材料包括以下内容：纸——中国绘画最常用的纸是宣。这也被称为米纸，但实际上大部分是用竹浆制成的。它是白色和柔软的，有各种各样的品质和厚度。墨水通常以棍型的形式出现。墨汁是由烧过的松木或油烟等材料制成的。它们用胶水和樟脑一起捣碎，放入模具中形成一个固体块。瓶装墨水也可以买到，但是用你自己的墨水对严肃的画家来说是必不可少的。
墨石——墨汁摩擦的砚台是硬的、无孔的。在石头上加一点水，使墨水。
画笔——因为所有的技巧都依赖于笔法，画笔是中国画家最重要的工具。毛刷是由各种各样的动物毛发制成的，例如，柔软的山羊毛和硬狼的头发。
颜料——中国绘画的基本颜色如下：靛蓝、藤黄、乌木（生与烧）、胭脂、胭脂红、朱砂、矿物蓝、矿物绿、铅白。这些颜色传统上是由矿物和蔬菜颜料制成的。
海豹——人们总是注意到在大多数中国画中出现的海豹或海豹的独特的红色印记。海豹通常有自己的名字，可以单独使用，也可以用艺术家的签名。对于主人来说，把他们的印章加到19幅画中也是一种常见的做法。
为了完成一幅画的意义和构图，印章也是必要的。通常，海豹本身就变成了精美的艺术品。厚而粘的密封膏是由朱砂（氧化汞）制成的，它具有红色的颜色。
2。本章以前的工作，讨论了与二维墨水和画笔模拟以及三维非写实渲染技术有关的工作。
在计算机图形学中，Strassmann在1986年第一次对毛刷进行了建模。他用四个物体来代表这个模型：画笔、笔触、蘸酱和纸。这是我们的2D绘图工具所基于的软件模型。为了实现，他用一个三次样条来表示每一次中风，并使用多边形来表示中风。我们观察到，他的方法在模拟中国画时是不实际的，因为它有时会产生恼人的“蝴蝶结”问题。几年后，Quo和Kunii对sumie的漫画进行了建模，这是日语中的“黑水画”5。他们的模型考虑了纸张的吸光度、液体密度的变化以及液体流动的特性，从而产生非常现实的漫反射效应。最近，Kunii、Nosovskij和Vecherlinin开发了一种非常逼真的扩散水墨画的扩散模型。1995年，郭先生开发出了实用的书法，6、7。在1997年，由Ip和Wong 8开发了一种合成书法字符的画笔模型，以模拟画笔的位置和方向。重要的是要知道中国的书法和中国画是相互称赞的，而且几乎每一幅中国画都有某种形式的书法。
在三维非写实渲染的领域，迈耶开发了一种基于粒子的画笔笔触系统，它对莫奈的草堆绘画进行了逼真的渲染。这个系统对使用很多类似的笔刷的绘画风格是有好处的。在中国画中，每一次笔画都是独一无二的，它创造了一个表达元素来回应画笔的压力和方向的变化。因此，迈耶研究的基本方法论不能应用于中国画。最近，张等人使用简单的基于细胞自动机的墨水行为模拟来渲染Suibokuga（或sumie）的3D图像，就像树一样。这是第一篇论文，它展示了一个三维物体的图像。除了开发一个广泛的软件系统来模拟传统媒体之外，程序着色器还被用于遮蔽3D物体，以产生非写实的图像。例如，由皮克斯公司的RenderMan着色语言1创建的木版印刷材质和卡通着色器。在这项工作中，我们开发了两种方法来创造逼真的中国画。第一个方法是使用现有的3D中国画动画制作软件包。第二种方法是一种富有表现力的绘画工具，它可以让艺术家创作出2D中国画。下一节将介绍我们创建3D中国画动画的方法。
3.制作3D中国绘画动画的3D中国画需要开发建模、着色和照明过程的技术。
通过观察每一幅画都包含一组画笔，可以简化3D中国画的建模。中国绘画的本质可以通过将笔触塑造成三维几何物体来保存。这些3D几何对象的建模形状是一个挑战，因为这些笔画需要以这样一种方式来建模，从各个角度来看它们都是有趣的。图1显示了一个由不同的几何图形组成的鸟模型。实现3D中国画动画的主要部分是着色的发展，因为每一笔笔画都必须从每一个角度看中国绘画的笔画。此外，着色器应该提供中国绘画的以下特征。
独特性-每一幅中国画都是由许多独特的笔画组成的。这个目的部分是通过对每个笔画的单个几何图形来满足的。为了保持每个笔画的唯一性，我们还需要改变每个几何图形的阴影。这可以通过为每一次中风编写不同的过程着色器，或者使用相同的着色器来处理相同类型的中风，但是每一个单独的中风都有不同的参数。大气透视或深度-为了达到大气透视或深度效果，我们的着色器探测到相机和被着色点之间的距离。如果距离很大，意味着物体离得更远，那么这个点就会变得不那么不透明：因此它看起来更透明。一个线性函数用来插入由艺术家指定的最远和最接近点之间的不透明度。费白——为了模仿这种效果，不规则的白色线条是由过程阴影产生的，这是基于光线照射到表面的光线。表面较亮的部分会得到更多的白线，这些线也更厚。不规则性-当开发过程着色器时，不同的噪声函数如分形和布朗噪声函数是用来产生随机性的。选择合适的声音功能是艺术家的选择。另外，几何图形的边缘被着色，这样它们就不是完全平滑的。为了创建画笔笔触的外观，我们使用了过程着色器。通过观察真实的笔触，你可以发现有一些特征可以被翻译成程序着色层。然后，shader开发人员可以将不同的层混合在一起以获得预期的效果。我们已经开发了下面的着色层。
基本颜色——一种基本的漫射颜色被用作描边的基本颜色。请参见图2中的一个在球面上呈现的漫射颜色着色器的示例。
费白——费白效应是通过在表面添加不规则的白线而产生的。根据漫射的颜色，较浅的区域会得到更多的线条，而且线条也更厚。这些线是用脉冲函数创建的，而噪声函数是用来使线不规则的。图2显示了费白阴影效果的一个例子。
分割端-笔刷描边的末端，用一个脉冲函数应用于不透明度，使其变得透明。分形噪声是用来产生分裂效果的。图3显示了分割结束阴影效果的示例。
压力端-和分头一样的想法，但不是让形状的末端透明，而是变得更暗。使用脉冲函数和分形噪声。图4显示了一个压力结束阴影效果的例子。
轮廓——通过确定表面法线和视矢量之间的夹角，我们可以为形状创建一个轮廓。角度越大，轮廓立体观察器，一个有趣的结果出现了，我们可以看到一个3D的中国绘画图像。图9显示了用于创建立体中国画的一对图像
4.富有表现力的绘画工具本节解释第二种方法;一种富有表现力的绘画工具，可以让艺术家创作出2D中国画。第一种方法。中国画是一种自发的、富有表现力的艺术形式。绘画中的每一笔笔触都传达了对观者的意义。为了保护中国画的这些方面，我们需要开发一种特殊的用户界面来保证交互性，一种模拟画笔、墨水和笔画的软件模型。总体用户界面设计目标是使其非常简单和直接使用。使用这个工具的经验应该与实际的绘画体验非常相似。在中国画中使用的刷子对手的轻微动作非常敏感，给人一种可以制造的刷子的灵活性。为了实现这一目标，我们选择使用压力敏感的笔和平板电脑作为输入设备，而不是鼠标。我们的画笔模型试图在许多不同的方面模仿真正的画笔。画笔模型由许多刷毛组成，它们在圆形区域内随意排列。圆形区域被划分为小正方形，每个猪鬃在这个正方形内随机放置，如图10所示。这保留了画笔的一般形状，同时增加了一些不符合实际的笔画。你可以尝试不同大小和排列的方块来获得不同的笔画。刷毛对实际的绘画负责。为了让猪鬃涂上油漆，它必须有墨水，而且在刷子上施加的压力也要足够让猪鬃接触到纸（见图11）。因此，每个猪鬃都需要携带两份信息：猪鬃上的墨水量和压力阈值。虽然黑墨水在中国画中经常使用，但颜色也被用于戏剧效果。因此，我们的油漆工具需要为艺术家提供一种选择不同颜色的方法，并将颜色运用到不同的笔触中。此外，水在中国画中起着重要的作用。加入更多的水会使墨水更加透明。当画笔笔触相互重叠时，透明度应该是显而易见的，如图12所示。在我们的模型中，艺术家能够控制将墨水添加到画笔上的数量，以及从画笔中移除多少墨水。这两个是影响中风在纸上的表现的重要程序。当墨水被添加到画笔上时，一些刷毛是随机选择的，它们的墨水含量会增加一个随机的量。另外，我们的模型实现了“墨水窃取”效果。当艺术家画出笔触时，猪鬃可以从邻近的猪鬃中窃取墨水。这使得费白效应的可能性更大，因为一些猪鬃可以完全干燥，然后通过从别人那里偷来重新获得墨水。图13显示了费白效应的一个例子。
在我们的画笔模型中，每个猪鬃在纸上画一条线。把每个猪鬃的线条组合起来，就会引起中风。线条的粗细可以改变，以得到不同的效果。而且，猪鬃也不会一直固定在固定的位置上。它一直在移动，以画一条更不规则的线。因此，猪鬃需要经常重新定位。当更多的压力被应用到画笔上时，刷毛就会更分散
我们的绘画系统，我们称之为CPaint，是使用面向对象软件设计的，使用C ，以及OpenGL，FLTK，Xlib和标准模板库。所使用的硬件平台是一台SGI O2机器，它配有Wacom R压力感应笔和平板电脑作为输入设备。流体是一种图形化的编辑器，它生成FLTK源代码，用于设计软件用户界面。该接口由两个窗口组成，一个是艺术家绘制的纸窗口，另一个是如图15所示的工具面板。通过使用工具面板，艺术家可以通过点击画笔按钮来选择不同的画笔。图16显示了使用不同大小的画笔时对油漆笔画的影响。也可以指定水的数量。艺术家使用的水越多，墨水就越透明。图17显示了在画笔上有不同数量的水时对油漆笔画的影响。墨石可以在刷子上添加和去除墨水。图18显示了在画笔上有不同数量的墨水时对油漆笔画的影响。艺术家还可以加载和使用名称密封。撤销按钮消除了当前最流行的笔触。一个人能撤销多少次是没有上限的。清晰的按钮清除了整张纸
油漆工具是使用面向对象的方法设计的。核心类的结构如图19所示。为了实时渲染油漆笔画，在我们的过程中有一个特殊的过程，我们不断从平板电脑中获取笔信息。当笔在平板电脑上向下推时，一个人要么开始划水，要么在纸上盖上印章。如果绘制了一个笔画，就会用一个包含压力和x、y坐标的新样本创建一个新的中风对象。如果一个密封被放置，在纸窗口中的图像被重新绘制，通过调用纸类的德拉威函数，然后绘制位图密封图像。该功能执行以下步骤：（1）清除颜色缓冲和深度缓冲。（2）它绘制背景纸纹理。（3）它绘制了存储在内存中的一组像素，其中包含了所有的笔画和印章，除了当前正在绘制的笔画。（4）它画出了当前的中风。当前的笔画分为两部分。首先，所有由旧样本生成的线段都被重新绘制。这些线段存储在内存中。然后，如果添加了一个新的样本，就会绘制出一组新的线段。当钢笔从平板电脑上取下时，这意味着艺术家已经画出了笔触。在这一点上，我们调用了德拉威函数
当前的图像像素被读入内存。因此，记忆中的图像包含了所有完成的笔画和印章。图20说明了重新绘制图像的过程，就像艺术家描绘的那样。图21、22和23是不同艺术家用我们的系统创作的例子。
5。结论和今后的工作主要目的是将中国画引入数字领域，同时保留原有艺术形式的传统和精髓。
摘要本文讨论了两种创造现实中国绘画的计算方法。我们创造了一个二维表达的绘画工具，使艺术家能够自发地创作中国画。这个工具很容易使用，并且有一个与真正的中国画界面相似的界面。一个包含许多刷毛的笔刷模型被用来模拟真实的笔刷。每个猪鬃在纸上画一条线，所有的线都形成了一个冲程。这个工具是使用面向对象的方法开发的。对该工具的未来更改可以通过修改每个单独的对象来轻松完成。尽管这款工具的设计初衷是为了创造中国画，但有创意的艺术家可以用它来生成他们想要
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