（计算机软件与理论专业论文）草书及行书“飞白”效果的仿真研究.pdf

辽宁师范大学硕士学位论文 l i i ii i ii i ii iii i i iiii il y 17 9 5 6 3 5 摘要 随着计算机应用领域的不断拓展，特别是图形图像理论的日臻成熟，用计算机对中 国书法进行仿真模拟已成为非真实感图形学的研究热点之一。非真实感绘制 ( n o n p h o t o r e a l i s t i cr e n d i n g ：n a p ) 作为一个计算机技术与绘画艺术相结合的研究领域， 其度量标准具有不确定性，因此该领域的很多方面尚处在发展之中。在用计算机自动生 成书法作品时对笔道内部纹理的绘制是仿真过程中的重点，根据人们书写的习惯和特 点，逐点逐笔地绘制是一个设计思路，但要想构建一个这样的训练集合需要做大量的准 备工作。事实上，对一种纹理的模拟，可以通过事先建立一个具有该纹理效果的样本库， 选择合适的纹理填充已知字体的笔道即可。 据此，本文通过对纹理映射技术及马尔可夫随机场理论的学习，提出了一种非交互 式的书法模拟算法。该算法包括以下几个步骤：( 1 ) 从书法家的书法作品中采集不同 的b t p s ( b r u s ht e x t u r ep a t c h e s ) 构建一个具有“飞白 效果的b t p 库，b t p 库中的每段 笔画或单字作为一个样图。采用形态学的方法对样图进行分割，分割后的内部纹理保留 了“飞白”特征。( 2 ) 通过实验，以w i n d o w s 系统中的草书和行书字体作为目标图。 ( 3 ) 随机选取样图纹理单元，通过仿射变换在已确定的目标图中分层映射样图纹理。 ( 4 ) 在上述工作的基础上，给出模拟中国书法“飞白 效果的整个过程。 本文算法丰富了已有非真实感绘制技术的实现手段和方法，所提出的方法通过把样 图的艺术风格传输到目标图中实现对某种艺术风格的模拟。该方法结构简单、运算速度 快，并且采用非交互式的手段，便于广泛的应用。实验结果表明该算法能产生与原作品 风格趋近于一致的书法汉字，进而实现了用计算机自动生成中国书法“飞白”效果的功 能。 关键词：非真实感绘制；计算机书法；飞白；纹理映射；马尔可夫随机场 辽宁师范大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ho fs i m u l a t i n gt h eh a l f - d r ys t r o k ee f f e c ti nc a os h ua n d x i n gs h u a b s t r a c t w i mt h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fc o m p m e ra p p l i c a t i o n s ，p a r t i c u l a r l yt h ea r e ao f c o m p u t e rg r a p m c sa n di m a g ep r o c e s s i n g , s i m u l a t i o no fc h i n e s ec a l l i g r a p h ye f f e c th a s b e c o m eh o ts p o to fn o n - p h o t o r e a l i s t i cg r a p h i c s a sar e s e a r c hf i e l dc o m b i n i n gc o m p u t e r t e c h n o l o g yw i t ha r t - p a i n t i n g ，m a n ya s p e c t so fn o n p h o t o r e a l i s t i cr e n d i n gi ss t i l li n d e v e l o p i n gi nt h a tt h ev a l u a t i o ns t a n d a r do fi ti su n c e r t a i n r e n d e r i n gt h ei n t e r n a lt e x t u r eo f s t r o k e si st h e k e y o fr e a l i z a t i o nt h ec h i n e s e c a l l i g r a p h yb yc o m p u t e ra u t o m a t i c a l l y a c c o r d i n gt ow r i t i n gh a b i t s ，t h ew o r dc a nb er e n d e r e ds t r o k eb ys t r o k e h o w e v e r ，at r a i n i n g s e ts h o u l db ep r e p a r e di nt h i sc a s e i nf a c t , i nt h ec o u r s eo fs i m u l a t i o ns p e c i f i ct e x t u r ee f f e c t ， o n l yab r u s ht e x t u r ep a t c h e s ( b t p s ) l i b r a r y 、 ，i n ls u c ha r t i s t i cs t y l eb u i l tb e f o r e h a n di se n o u g h h e r e b y ，a na l g o r i t h me m p l o y i n gt h en o n i n t e r a c t i v em e a n si sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r b a s e do nt h em a r k o vr a n d o mf i e l da n dt e x t u r em a p p i n gt e c h n o l o g y ，t h i sa l g o r i t h mi sc a r r i e d a sf o l l o w s ：( 1 ) s u i t a b l eb t p sa r ec o l l e c t e df r o mh a n d - w r i t t e na r t w o r k st ob u i l du pab t p l i b r a r y e a c hs t r o k eo raw o r dw i t hh a l f - d r ys t r o k ee f f e c ti nt h eb t pl i b r a r yi sr e g a r d e da s a m p l ei m a g ei n d e p e n d e n t l y a c c o r d i n gt ot h e d i s t r i b u t i o no ft h es a m p l ei m a g et e x t u r e ， m o r p h o l o g ym e t h o di su s e dt os e g m e n tt h es a m p l ei m a g ea n dt h e nt h eo r i g i n a la r t i s t i cs t y l eo f i n t e r n a lt e x t u r ec a nb er e m a i n e d ( 2 ) w i n d o w ss y s t e mc u r s i v ea n ds e m i - c u r s i v es t y l e sa r e m g a r d e do b j e c ti m a g e si nt h ee x p e r i m e n t ( 3 ) t h es e l e c t i o no ft e x t u r eb l o c kf r o ms a m p l e i m a g ei sr a n d o m f i r s t ，t h es e l e c t e db l o c ki sm a p p e dt ot h eo b j e c ti m a g eb yt h ea f f i n e t r a n s f o r m s ，a n dt h e nt h ea r t i s t i cs t y l ei ss i m u l a t e db ys u b d i v i s i o no fs t r o k e s ( 4 ) b a s e do nt h e f o r m e rw o r k , t h ep r o g r e s so fs i m u l a t i n gt h eh a l f - d r ys t r o k ee f f e c ti nc h i n e s ec a l l i g r a p h yi s g i v e ni nt h i sp a p e r t h i sa l g o r i t h mt h a tt h ec a l l i g r a p h ys t y l ei st r a n s f e r r e df r o mt h es a m p l ei m a g et oo b j e c t i m a g ee x p l o r e san e wa p p r o a c hf o rn o n - p h o t o r e a l i s t i cr e n d i n gt e c h n o l o g y t h em e t h o d b a s e do nn o n - i n t e r a c t i v em e a n sc o m p u t e ss i m p l ya n df a s t ，a tt h es a n l et i m ee a s yt oa p p l y e x p e r i m e n t a lr e s u l t sd e m o n s t r a t et h em e t h o dc a l lp r o d u c et h es i m i l a rs t y l eo ft h ef o r m e r c a l l i g r a p h yc h a r a c t e r s f u r t h e r m o r e ，i ta l s op r o v e st h a tc o m p m e rc a l ls i m u l a t et h eh a l f - d r y s t r o k ee f f e c ta u t o m a t i c a l l y k e yw o r d s ：n o n - p h o t o r e a l i s t i cr e n d e r i n g ；c o m p u t e rc a l l i g r a p h y ；h a l f - d r ys t r o k e ；t e x t u r e m a p p i n g ；m a r k o vr a n d o mf i e l d i i i 辽宁师范大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i l 绪论1 1 1 中国书法概论l 1 1 1 汉字与书法1 1 1 2 字体的演变和书法的渊源1 1 1 3 书法的形象思维及书法家的创作过程4 1 2 计算机书法概论5 1 2 1 书法工具的变迁5 ，1 2 2 计算机书法简介6 1 2 3 计算机书法的研究方向6 1 3 中国书法研究的意义6 1 4 飞白体7 1 4 t 飞白之美j 8 1 4 ；2 飞白之用9 1 4 3 飞白之忌9 1 4 4 研究飞白的意义1 0 1 5 相关研究工作1 0 1 6 本文的主要工作1 1 2 模拟中国书法的基本原理1 2 2 1 非真实感绘制技术1 2 2 2 风格化学习1 2 2 2 1 风格建模1 2 2 2 2 基于样本风格的传递1 3 2 3 图像类推，1 3 2 3 1 图像类推问题的描述1 4 2 3 2 图像类推算法1 4 2 4 机器学习：。1 5 2 5 纹理合成1 6 2 6 本章小结1 6 3 草书“飞白 效果的初步生成1 7 草书及行书“飞白”效果的仿真研究 3 1 样图的选取1 7 3 2 目标图的提取：1 9 3 3 “飞白纹理的生成1 9 3 3 1 随机选取纹理块1 9 3 3 2 纹理单元的变形2 0 3 3 3 概貌纹理映射2 0 3 3 4 细节纹理映射2 1 3 3 5 边界的纹理映射与去除冗余2 l 3 4 实验结果及分析2 2 3 5 本章小结2 3 4 基于马尔可夫随机场理论的汉字“飞白 效果的仿真2 4 4 1 马尔可夫随机场模型的建立2 4 4 2 艺术风格的转换2 6 4 3 算法的实现- 2 7 4 3 1b t p 库的建立及笔道的绘制2 7 4 3 2 参数的确定2 8 4 3 3 分层纹理映射2 9 4 4 搜索算法：3 0 4 5 实验结果与分析j 3 1 4 6 应用3 2 4 7 本章小结3 3 结论3 4 参考文献3 5 攻读硕士学位期间撰写和发表的学术论文3 8 致谢3 9 辽宁师范大学硕士学位论文 1 绪论 1 。1 中国书法概论 1 1 1 汉字与书法 在悠久而灿烂的人类历史长河中，原始艺术能够概括而真切地反映当时人们对自然 界中事物的观察和认识，对日常生活中经验的积累和总结。其中符号系统，这种逐步形 成的传达信息的方式，既是文化的沉淀也是思维的体现，是历史更是艺术n 1 。据目前资 料的记载，文字记录的历史已有六千多年，而刻凿或图绘在岩石上的衍化却经历了数万 年的风雨。从那时开始，这种粗犷的艺术手法就体现了古人对于生活敏锐的洞察力和蓬 勃的生命力。 世界上曾出现过很多古老的文字。例如，古巴比伦楔形文字、古印度达罗毗荼语印 章文字、古埃及圣书文字、中美洲的玛雅文字和中国的象形文字。这些象形文字是对想 象的一种描述，是某种想象的共相，并受人们心中的喜爱程度所支配妇3 。然而，历经岁 月的沧桑，这些文字大都泯灭了。中国汉字却独树一帜，它是迄今为止世界上持续发展 并被广泛使用的源于象形的文字。 汉字出现以后逐步演化出了众多字体。文字经历了从象形到表意，从具体到抽象这 一过程。后来的文字虽然已无物象之形，但却是对自然物象进行提炼、概括、简化的结 果，是实用与审美的统一。说文解字序中，把汉语文字分为象形、形声、指事、 会意、转注和假借六类，即所谓的“六书。由于使用软的毛笔，而毛笔富有弹性，笔 画可长可短、可肥可瘦、可干可润、可方可圆、可大可小、变化无穷、生动美妙，于是 在普通文字的作用以外，有了汉字书法艺术。这种书法艺术无色而具有图画的灿烂，无 声而具有音乐的和谐。 、 中国书法的价值受到很多西方学者的肯定。“我向来歆慕中国，尤其是歆慕她的书 法传统。这有几方面的原因，其中一个明显的原因便是：这个传统赋予了中国文化一种 深刻的特质，我愿称之为一种介于人人都具备的言语和视觉文化之间的中介语汇 口1 。书法是中国特有的文化传统，有很广泛的基础和影响，既是高雅的同时也是大众的 艺术形式。 1 1 2 字体的演变和书法的渊源 就汉字而谈字体，有三种不同的含义h 1 。一指文字的形式，有正草两种；二指书写 的字体，分为篆、隶、草、正四体；三指书法家的字体，指各家书法的风格，可以分得 草书及行书“飞白”效果的仿真研究 很多。从文字到象形文字，从会意文字到形声文字，直到小篆，文字才得到初步的固定 和统一。 甲骨文是最早出现的能够系统地表达语言的象形文字。其特点是以刀代笔，线条细 但有力，笔法有轻重疾徐的变化。刻有甲骨文的骨片如图1 1 所示。 图1 1 f i g 1 1 甲骨文 o r a c l e 在甲骨文的基础上形成的篆书，包括籀文、大篆、小篆哺1 。籀文的形状与结构和甲 骨文基本一样，笔画有大有小、参差不齐。大篆的结构一部分和籀文相同，一部分和小 篆相同，可以看出已经开始向简易的方向发展。小篆继承了大篆的篆引之体而加以发展 ，图画的成分逐渐减少，修正了籀文的过于繁复之处，形状圆长、间架端正、笔画简单 而均匀，没有参差落差的现象，比大篆规范得多。 秦隶将繁复的写法简化，字形由圆变方、笔画由曲变直，并且把篆字中常见的连笔 改为断笔等。在隶书产生之前，字形的象形意味浓重，线条单一，书法艺术只为表现出 字的结构造型；隶书产生之后，象形意味减弱，笔画也逐渐丰富起来，经过粗细长短的 处理产生横、竖、撇、捺、点等各种笔画。书法艺术开始注重以多样线条的变化和空间 造型来表现字形，升华到高度抽象的线的艺术境界中。典型的隶书如图1 2 所示。 一2 一 辽宁师范大学硕士学位论文 图1 2 东汉隶书西峡颂 f i g 1 2 l is h uo fe a s t e r n h a nd y n a s t y x ix i as o n g ) ) 汉代的隶书一方面演化为草隶、章草，一方面演化为八分。章草是在西汉时由书写 较为草率的隶书发展而成的，草隶演化为章草，而章草变为今草。今草减少了横笔的波 势、加强了直笔的垂势，把转折、竖、挑、撇、捺变为环转，书写时上字和下字一般相 连在一起，脱离了隶书的痕迹。章草带有草隶的意味，但今草更偏重于楷书的意味。今 草作品如图1 3 所示。 图1 3 今草书谱 f i g 1 3 j i nc a o ( ( s h up u 在实际生活中，隶书又逐渐演化为正体，使字体的发展又推进了一步。正书打破了 象形的框子，变得更加简易。正书作品如图1 4 所示。 草书及行书“飞白”效果的仿真研究 图1 4 正书始平公造像 f i g 1 4z h e n gs h u ( s h ip i n gg o n g z a o x i a n g ) ) 书体演变的一般过程可以归纳为：在已有字体的基础上，根据简便、规范、美观和 实用的原则，增删笔画，改变线性，调整结构，加强呼应，体现出个性美。在书法创作 的过程中，为了达到“简捷 的目的，就必须使笔画日趋简易从而强化点划之间的笔势 连贯性。这种笔势的变化是由贯气程度的逐步加强造成的，而贯气程度如何由一定的表 现形式体现出来。 j 1 1 3 书法的形象思维及书法家的创作过程 说解文字的作者许慎认为古汉字的字形结构中保留的造字的笔画意义叫做“笔 意 ；而随着形体的变化和笔画的省减使笔意逐渐不明，这时称其为“笔势 。同时可 以看出，文字不同于绘画，如果过分的要求毕肖毕象或强调每一笔画都尽皆有意，势必 会穿凿附会。“分理别意 是造字的大法，“分理 指文字不同的结构，“别 是辨别 客观不同的事物盯3 。因此在汉字的创作过程中融入了形象思维“神 这一形态。除了笔 法和结构之外，汉字的书写还应讲究意境，它不是对现实的自然描述，也不是对空间的 抽象构造，而是通过生活中深刻的体验创造性的呈现出来。 艺术大都始于模仿，终于创作。创作是在记忆基础上的发挥，有模仿，也有变化， 一般是在原有形象上的想象。如齐白石所言：绘画贵在似与不似间，太似则媚俗，不似 则欺世。书法创作的基础为：首先，只临摹了一种碑帖后要写下一段文字，若遇到没有 临摹过的汉字，就以笔画为元素进行组合，这就涉及在记忆和经验的基础上笔画间距离 辽宁师范大学硕士学位论文 的安排问题。所以要想熟练的解决这个问题，仅临摹一种碑帖是远远不够的。如果临摹 同一字体的多种碑帖，这种情况下对笔画的选择余地就很大了，但同样存在融合的问题 ，即如何使不同的字在一幅作品中得以统一。其次，创作中要解决在已有笔画基础上的 变形问题。若临摹了篆、隶、真、草、行各种书体，逐步就能形成个人的风格，可进行 个性鲜明的创作，会涉及用笔、结构、章法和意境等，用笔如点划轻重、行笔缓急，以 至“笔气 、“墨韵 等。诸如甲骨文的产生和各种书法的演变是书法创作的典型过程 ，其中毛泽东的书法极具代表性。他在长征途中创作的忆秦娥娄山关如图1 5 所 示。 1 2 计算机书法概论 图1 5 毛泽东的草书 f i g 1 5 c a os h uw r o t eb yz e d o n gm a o 1 2 1 书法工具的变迁 中国的书写工具历史可谓源远流长，从硬笔到软笔再到硬笔，从甲骨文的刻刀，到 毛笔、文房四宝、钢笔、铅笔，直到今天的计算机书写笔，汉字的笔法离不开它所用的 工具。早期汉字与其他文字的一个根本区别在于汉字是用软笔来书写，所谓软笔就是用 毛笔蘸着墨进行书写，因为“软 它的表现力特别强，适合书写富有表现力的汉字，但 是软笔的书写对笔墨纸砚的选取很有讲究，所以使用起来很不方便；后期使用的钢笔铅 笔等，给人们的日常生活带来的方便溢于言表，几乎所有人都受益至今，但它更多的适 用于大众，用来交流和传递信息，对于书法家来说无疑存在很多局限性，虽然一些学者 草书及行书“飞白”效果的仿真研究 对硬笔书法艺术做了大量的研究工作，但硬笔始终只是处在边缘地位，主要原因是硬笔 的笔画粗细对比度太小，不宜表达情感。为此，“电脑硬笔 书法应运而生哺1 。 1 2 2 计算机书法简介 计算机硬笔书法就是用户用带有压感功能的计算机书写笔在书写饭上写字，笔尖的 位置被精确的传输到电脑中，最后在屏幕上生成书法作品。虽然摒弃了原有的书写工具 ，计算机硬笔功能依旧很强大。电脑屏幕上产生的文字除了有笔画之外还包含笔尖对书 写板的压力转换成的笔画的粗细程度，除了能写出挺拔的硬笔效果，还能模仿出软笔的 点、画、提、按、顿、挫等笔画来，生成的书法作品软笔味十足。由于使用电子设备进 行输入，免去了笔墨纸砚等工具，使得用户可以随时进行练习、删除、修改、保存、打 印等。此外，计算机书法还具有图形图像处理的全部优点：不但可以通过设置参数来对 笔迹进行调整，还可以生成各种艺术字。例如，制作“拓片”、浮雕效果文字等。这种 简单的设备，使用起来方便，而使用不同的软件会产生不同的书写效果。因此，为了生 成理想的书法效果，研制出能够为书法专用的计算机软件、研究出更加高效的计算机书 法绘制算法势在必行。 1 2 3 计算机书法的研究方向 计算机书法的出现使得数千万书法爱好者使用硬笔来创造书法作品，达到了软笔书 法的效果。由此可见，随着电脑的普及，电脑硬笔书法技术也在不断地更新，现有的电 脑硬笔技术具有图形图像处理的大部分优点，而且我们发现电脑硬笔的设备简单，只需 在电脑上安装书写笔和书写板即可，成本较低，使用方便，易受普通大众所接受。在表 现汉字书法的特殊效果，比如侧峰，捻转和枯笔时，需要研究开发计算机书法专用软件 。需要指出的是，计算机书法所要达到的不仅是对传统毛笔书法在效果上的全面模仿， 还应进一步开发出计算机书法本身特有的艺术效果来。这就为计算机技术人员留下了艰 巨的任务，人们正在致力于计算机模拟各种书法艺术形式的研究工作。当代最先进的信 息工具与中国最古老的书法艺术相结合，必将会创造更高的价值，研究计算机书法意义 深远。 1 3 中国书法研究的意义 有人说书法就是写字，的确书法就是对文字的规范和美化。汉字是人类社会现存的 最古老的文字，很多文化典籍都是用汉字进行书写，它也是一种象形文字，通过图形来 反映早期人类对于世界的思考以及他们内心的思想活动，并为人类认识自我提供了弥足 珍贵的材料。书法体现了实用和审美的需要，这也决定了它为世界各国人民所接受。 辽宁师范大学硕士学位论文 汉字有很多实用价值阳3 。例如：汉字简洁，据有效统计，同一份报纸，中、日、英 三种文字的篇幅之比是l ：1 5 ：2 ；汉字醒目，在道路两旁及各大商场都挂有大幅横幅 ，如果是汉字远远看去，集中、生动、形象、一目了然，但如果是拼音，就会显得密密 麻麻，很难辨认；汉字灵活，汉字的书写较拼音来说要灵活的多，它既可以横写又可以 竖写，无论是从左到右，还是从右到左，都易于辨认。同时汉字与现代科学技术的默契 程度也达到了出神入化的境地，用计算机输入汉字的速度之快数倍于西文，且输入方法 丰富多样。 除此之外，汉字还有艺术的价值，文字的形体构造和书写方法赋予了书法的造型艺 术。第一节已经提到，汉字是依据“依类象形 的原则创造出来的，是特殊的象形文字 方块字。这种方块字不但可以传达意思，同时也能达到审美的效果，集中体现在抽象美 的方面上。所谓抽象美就是概括自然形态的具像美，生成带有意味的线条美，达到源于 自然高于自然的目的。从书法艺术的角度来观察，每个独立的方块字都有自己独立的空 间，可以随意的组成一个词语，一段话；同时，每个字都有立体方位，无论笔画繁简都 能产生结构上的和谐，使人们能够感受到动态中的中和之美。 汉字以其独特的风格和形状起到了传承历史的作用。艺术的体现离不开形式的表达 ，书法这种以线条作为表现手段的造型艺术，形式的重要性更无可厚非。书法的象形文 字基础、方块的结构和毛笔的运用，这些无疑为中国书法艺术的传播与弘扬提供了可能 。在当今社会，所谓“实用”与“审美”，在中国书法领域中就是“文意”与“书 意 的统一，而在计算机书法中表现为“技术丝与“艺术 的结合。艺术的创造以技术 为依托，为手段，技术之于艺术，犹如风筝之于引线，风筝的高飞离不开线的牵引。 一些有识之士曾预言，二十一世纪是汉字的时代。当前，随着全球化进程的加速， 个人之间的交流成为主导，汉字的应用、中国书法艺术的传播必将会迎来一个崭新的未 来。 1 4 飞白体 中国书法中有一种特殊的笔法叫做“飞白，相传为东汉的蔡邕受了修洪都门的工 匠用扫帚蘸白粉刷字启发所创。这种笔法，笔画中丝丝露白，像枯笔写成的模样，在笔 道的中间往往有镂空的效果，多用于表现飘逸洒脱、道劲雄浑的艺术特质。在书写中产 生力度，使枯笔产生“飞白”，与浓墨、涨墨产生对比，以加强作品的韵律感和节奏感。 同时可利用“飞白 使书写显现苍劲浑朴的艺术效果，使作品增加情趣，丰富画面的视 觉效果，同时书法的功力在“飞白”中也能充分体现出来。 草书及行书”飞白”效果的仿真研究 作为一种新体式，飞白书曾在一段时期内声望大著并且留有一些经典的飞白作品。 例如，公孙长子飞白体，如图1 6 所示。还有唐代武则天的升仙太子碑额，如图1 7 所示，笔画颇求飞动之意，历来论飞白书也多以它作为典范。而武则天之所以在书法史 上留下芳名，多半也是因为有此飞白。 ， 图1 6 公孙长子飞白体图1 7 武则天异仙太子碑额 f i g 1 6h a l f - d r ys t r o k ew o r d so f g o n gs u nz h a n g z i f i g 1 7 y ix i a nt a iz i o f w uz e t i a n 1 4 1 飞白之美 在书法中运用飞白，体现出一种艺术美。 首先，在笔画中运用飞白，倘若运用得好，有的笔画似流星划过苍穹，有的如快艇 急驰水面，有的如悬崖瀑布飞纵，有的像织布细线伸展，有的若女子秀发随风飘动真 是千姿百态，美不胜收。细观古代书家所运用的飞白，在其强烈的书法风格中都蕴含着 怡人的笔画美：王羲之的飞白楚楚动人，王献之的飞白顾盼生姿，颜真卿的飞白酣畅纯 厚，欧阳询的飞白严谨险劲，赵孟颓的飞白清丽秀逸，米芾的飞白痛快淋漓，怀素的飞 白潇洒自如。 其次，单字中运用飞白能增辉不少。单字中的飞白和其他笔画虚实相生，具有图画 美，间或具有装饰美。有时，单字中的其他笔画写得平淡无奇，若恰当运用飞白，可使 该字顿时抢眼；有时，飞白还可掩盖或挽救一字中不明显的败笔，收到转移着眼点的效 辽宁师范大学硕士学位论文 果；有时，在单字的某竖画中恰当运用飞白，以求得相对稳定，达到欹不失正、正中寓 欹的平衡效果。 此外，一幅书法作品中运用上述飞白之美，有利于体现整体美。整幅作品中的飞白， 有的如山涧一泓清泉，清新自然；有的似花朵零星点缀少女衣裙，款款生情；还有的像 孩童在母亲怀里玩耍，富有情趣，等等。值得一提的是，在飞白的轻重徐疾中，可以反 映出书写的节奏，这也是增强作品整体美的表现之一。 1 4 2 飞白之用 根据各种字体的笔画特点、作品的章法、书写的速度等因素，一般情况下，行书和 草书中运用飞白较常见，楷、隶、篆书中用得较少。 对于笔画来说，竖、提、横画中运用飞白较多，而其它笔画较少。这是由笔画形态、 运笔过程和书写风格等因素决定的。至于飞白用在一字中的主笔还是次笔，要特别注意 是否得当。有时在主笔中运用飞白，失当便失去重心，得当则有利于尽情施展笔画美； 有时在次笔中运用飞白，失当会产生缺失，有失饱满，得当则起到点缀或装饰之美。 对于一个汉字的整体而言，飞白多用于笔画的中部或尾部，并且要求运笔自如，过 渡自然。其中，飞白的尾部，有回锋，有的露锋，一般视书写风格、速度、运笔等情况 变化使用。 另外，在一定中上笔与下笔相连处，或是上字的末笔与下字的首笔相连处，恰当运 用飞白可增强一定的美感。但飞白牵丝要宽窄、长短得当，承接转合要自然而不失力度， 并且要求飞白牵丝不宣过多。 1 4 3 飞白之忌 恰当运用飞自才能起到事半功倍的作用。因此，在书写的过程中有很多值得注意的 地方。 “ 一忌飞白出现在单字的起笔处或笔画的前端，或者一幅作品的首字，这样整个字或 者整幅作品便失去气势，不能“造势 反而“减势 ，原因是单字起笔处出现飞白有显 散漫，也不合笔法规范，首字过多出现飞白则显轻浮，也不合章法，二者都违背了书法 创作的一般规律；二忌在字的一笔中多出现飞白，倘若一字中过多出现飞白则导致笔画 不实，有飘浮之嫌，其原因是在运笔过程中没有掌握好轻重徐疾，心到而手未到，没能 控制好节奏；三忌整篇多飞白，整幅作品中过多运用飞白，易导致松散不实，气断而乏 力，飞白在整幅作品中只能起点缀作用，以少胜多，以巧胜多，以精胜多，方可增强整 体美，这就要求书写者在创作前充分做好整体考虑；四忌飞白过长，虽然古今书法名家 中有将飞白拉得很长的例子，但那是风格的展现，是书艺已达到一定境界而情感自然流 草书及行书”飞白”效果的仿真研究 露的具体表现，因此打好书法基本功，循序渐进，达到自然表现的最佳境界，方能将飞 白运用得长短适宜、挥洒自如；五忌飞白软弱乏力和不自然。仔细研究书写高手的飞白， 均刚柔相济，多用中接，水到渠成，浑然一体，神采奇妙，这是习字者前进的方向和目 标。 1 4 4 研究飞白的意义 飞白书作为一种特殊的书体，几乎贯穿了整个中国古代书法史，值得注意的是：它 出现在东汉，发展于魏晋南北朝，唐宋更是盛极一时，明清走向衰落并绝迹，它的历程 如此沧桑而且富有戏剧性，是值得关注的。近几年来，很多书法家都在学习研究飞白书。 用计算机来生成“飞白 书，不仅能使失传多年的这种技法得以继承和发扬，又体现了 书法晃研究飞白的意义。 1 5 相关研究工作 近年来，随着计算机图形设备和方法的不断更新与发展，对计算机书法的模拟成为 了计算机图形学中一个重要的研究领域。h e r t z m a n n n 们等提出了一种用类推的思想将样 图风格传输到目标图中的绘制算法；l u o 3 等应用隐式马尔可夫随机场来辨认汉字的方法 ，在应用中具有较高的辨识率；在国内，浙江大学的彭群生、于金辉、徐晓刚，天津大 学的孙济州，吉林大学的庞云阶，山东大学的屠长河等人一直从事书法模拟的研究工作 。于金辉、彭群生等人提出了一种生成草书纹理的新方法n 羽，首先从书法艺术作品中获 取不同的b t p ( b r u s ht e x t u r ep a t c h ) 组建一个b t p 库，将草书的纹理映射到字上得到草书 风格作品。其中，采用马尔可夫随机场的方法从样本纹理的像素空间查找相似的像素点 进行纹理块的拼接，实现延长纹理的目的。在文献n 2 1 的基础上张俊松、于金辉、毛国红 、叶修梓等人用自回归和分层采样生成草书笔画纹理3 1 ，与文献n 2 1 不同的是，这种方法 对从书法家书法作品中提取的样图纹理进行了二次处理，参数化后的草书纹理通过自回 归模型形成一组纹理单元。为了保持飞白的纹理特征，又引入统计学中的分层抽样方法 ，从样本中抽取一定比例的纹理单元组成新的纹理。在江浩的毕业论文中国书法字体生 成的初步研究中n 钔，首先把汉字分层参数化表示出来，提取出书法字体结构再进行笔画 匹配。对于中国水墨画“干笔飞白 这一特殊效果及其复杂多变的纹理，孙济州等n 5 1 提出了一种基于纹理映射的中国水墨画“干笔飞白 效果的仿真生成算法，将笔道分割 为多个曲底四边形，应用映射算法和拼合技术把画家的经典“飞白笔触 绘制为笔道内 部的纹理，这种使用纹理映射方法制作的两幅中国水墨作品“藤鸟图”和“龙”字更侧 重表现“干笔 的艺术效果；张锡哲口明等用迭代函数系统作为建模工具，根据运笔的速 度和压力，采用随机迭代算法生成笔迹点集，通过绘制点集来模拟干笔飞白效果的纹理， 辽宁师范大学硕士学位论文 提出的绘制飞自笔迹的模型再现了干笔中的随机性留白效果。庞云阶，王钲旋等人通过 吸收人们在书写汉字过程中的用笔技巧设计出一个计算机书法系统n 。而唐瑶印提出了 一种新的骨架提取算法，李传峰n 钔利用分形技术绘制吸引子最后进行汉字的模拟仿真。 屠长河提出了一种对任意线条画进行风格转换和定制的方法。 在以往的计算机书法仿真中大多采用对绘制的结果进行模拟的技术路线，通过对样 本风格的学习，将样本风格转换到目标图的笔道中。文献n 5 1 通过接收用户的鼠标、键盘 或压感设备的输入，基于笔道的“中心线关键点 表示法最终生成笔道的轮廓。文献 中用户可以调整参数来控制目标图与样本图之间的相似程度，通过这种交互的定制方式 来体现不同的风格特征。在李丹等人的水墨画仿真中笔画的行为实现皿q 中亦使用鼠标、 键盘、电子画笔等输入设备，实时的、交互式地生成水墨画的笔迹。王征等人采用自回 归模型的计算机书法的研究晗2 1 中，用户输入的每一笔画都与笔画库中所有笔画进行匹配 ，匹配度最高的笔画就组成了计算机生成的毛笔书法作品。中国书法字体生成的初步研 究n 4 3 中使用用户界面协助笔画分解的过程，徐晓刚的艺术风格学习晗3 3 亦需要用户设置参 数。上述方法虽然都可以得到很好的绘制效果，但是需要较多的交互工作，而对于那些 不熟悉绘画或书法技法的用户而言，要调试出有很好视觉效果的风格作品具有一定的难 度。 1 6 本文的主要工作+ 本文对非真实感绘制技术进行了学习和研究，提出了一种生成草书及行书“飞白 纹理的模拟算法。实验结果证明了方法的有效性。论文的组织结构如下： 第一章：绪论，首先介绍了汉字的演变过程及计算机书法的产生和发展，并针对“飞 白体 作了简单介绍，分析用计算机模拟“飞白”作品的研究意义。最后对国内外有关 计算机书法的研究状况进行概括和总结。 第二章：介绍了模拟中国书法的基本原理，包括非真实感绘制技术、风格化学习、 类推思想、机器学习和纹理合成等。为本文算法的提出提供理论基础。 第三章：基于经验的分析，对草书“飞白 效果的生成进行了初步尝试，并对仿真 结果进行了分析。 第四章：通过对马尔可夫随机场理论和纹理映射技术的学习，进一步实现对中国书 法作品“飞白 效果进行仿真模拟。并与上一章的方法进行了说明和比较。 第五章：结论，总结所作的工作，并对进一步的研究工作进行了展望。 草书及行书“飞白”效果的仿真研究 2 模拟中国书法的基本原理 2 1 非真实感绘制技术 非真实感绘制( n o n - p h o t o r c a l i s t i er e n d e r i n g ) 囱1 是计算机技术和绘画艺术相结合的 一个研究领域，其主要内容是用计算机软硬件手段来模拟具有不同风格效果的画面和动 画。它指的是利用计算机生成不具有照片般真实感，而具有手绘风格的图形的技术，其 目标不在与图形的真实性，而主要在于表现图形的艺术性质，模拟艺术的作品或作为真 实感图形的有效补充。非真实感绘制的目标是能在形式上指定一种可展现绘画作品的方 式，并编写生成非真实感绘画作品的计算机程序。在真实感绘制中，成功的量度标准是 得到的图像与照片的接近度，但对非真实感绘制而言，并不存在类似的度量标准。模拟 智能、传达意图、澄清语言与图片之间的关系、提供新产品和服务中隐含了一幅非真实 感绘画作品所要达到的目标。 2 2 风格化学习 非真实感绘制是计算机图形学中研究的热点和难点，风格化学习作为非真实感绘制 的重要组成部分也受到越来越多的学者的关注，并且广泛地应用到中国书法模拟领域 中。现有的风格化学习方法主要分为两类：风格建模和基于样本的风格传递。 2 2 1 风格建模 ，：一 一 一 ( 1 ) 描述：风格建模是通过几何绘制的算法完成某种模型的建立。包括用经验模型乜5 1 和 基于纹理的模型来定义风格。研究对象在笔刷模型的作用下生成特定风格的图像， 并且通过参数的调整来控制风格的属性。基于经验的毛笔模型如图2 1 所示。 巍窦豢簇 。壤潼。纛鍪 鸯卜办谚， - i 蛾礤熬獭鬈j 够i 懿黪镢鬻e 辫姥轮鬟鬟黧l d 结缮鹭魏壤髦l 秘巍努鬟缆纛l 玛势貔鸯爹参磁镶 图2 1 基于经验的毛笔模型 f i g 2 1 a n e x p e r i e n c eb a s e d v i r t u a lb r u s hm o d e l 心 辽宁师范大学硕十学位论文 ( 2 ) 优点：由于各种模型的建立比较精确，使得这种模拟效果十分逼真。 ( 3 ) 缺点：每种模型必须建立在特定风格之上，因此通常只能产生单一的效果，其适用范围 较窄。 2 2 2 基于样本风格的传递 ( 1 ) 描述：风格传递是一种非参数化的设计方法，通过学习一组给定样本间的关系，建 立一种风格映射，从而将学习到的风格映射到待处理对象上，形成最后的风格化结 果。艺术风格学习3 过程如图2 2 所示。 囊 4 钰糍孝静磁织黧 图2 2 艺术风格学习 f i g 2 2 a r t i s t i cs t y l el e a r n i n g ( 2 ) 优点：这种方法用一组给定的样图替代了风格建模中复杂的建模过程，适用性强、 操作简单，因此成为当今风格化学习中的热点。特别指出的是，图像类推( i m a g e a n a l o g i e s ：i a ) n 们是目前种经典的基于样本风格传递的算法。 2 3 图像类推乜眦町 类推是人们最常用的一种推理过程。h e r t z m a n n 等人受人类推理过程的启发提出了 图像类推算法。该算法需要预先提供一个训练集合，包括一对样本跚1 以及待处理图像。 目标是生成待处理图像的风格化版本，使其与待处理图像的关系看起来和样本之间的关 系一样。 草书及行书“飞白”效果的仿真研究 2 3 1 图像类推问题的描述 输入三幅图像，未处理的源图a ，处理过的源图a 7 ，未处理的目标图b 。将这三幅 图像按照( 2 1 ) 的合成规则，生成一幅处理后的目标图像b ，。 a ：a ：b ：b ( 2 1 ) 通过学习源图像a 与a 7 之间的关系，并将其作用在目标图像b 上，从而类推出b ， 使b 和b7 也近似的满y _ a 与a 的映射关系，从而在视觉上看起来b 到b 的转换类似于 a 到a 的转换。因此，类推思想的关键是找出源图像之间的关系，得出目标图像对b 与 b7 的合成规则。 2 3 2 图像类推算法 ( 1 ) 定义和数据结构 a ( p ) 、各( p ) 表示源图像对中p 点的特征值；对应地，b ( 、b ( 表示目标图与结果 图中q 点的特征值；l 表示图像金字塔的层号；l 表示图像金字塔的总层数； 国，) 表示a 在 第l 层p 点的邻域；在算法的处理中，需要把源图像的p 点拷贝到结果图像的q 点，为此建 立一个以q 为索引的数据结构s ，具有( 2 2 ) 的等式。 s ( o = p ( 2 2 ) ( 2 ) 用伪代码描述图像类推的算法的流程 f u n c t i