摘 要：基于書法臨摹過程的交互式動畫建模是一種現(xiàn)代化的動畫生成方法，以書法漢字圖像為基礎(chǔ)，通過對書法漢字動態(tài)筆畫的書寫過程進(jìn)行重建，構(gòu)建一個(gè)全新的筆觸模型，明確筆鋒運(yùn)動軌跡與筆觸形態(tài)，按照生成的先后順序生成書寫動畫，此種建模方法能夠展示出多元化的字體風(fēng)格，在當(dāng)今數(shù)字媒體領(lǐng)域內(nèi)具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：書法；臨摹過程；動畫建模；筆鋒運(yùn)動

一、交互式動畫建模方法簡介

書法臨摹過程中的交互式動畫建模方法的生成，是基于筆畫輪廓提取、筆觸模型選擇以及筆鋒運(yùn)動軌跡三個(gè)要素來實(shí)現(xiàn)的，在筆觸形態(tài)的作用下，使得書寫過程動畫最終得以形成。其中書法漢字筆畫輪廓的提取是自動實(shí)現(xiàn)的，筆觸模型的建立主要決定于書法風(fēng)格，草書、楷書、隸書、行書等不同書法風(fēng)格的筆觸模型也各不相同，筆鋒運(yùn)動軌跡是由交互式來實(shí)現(xiàn)，最終以漢字筆畫為依托對筆觸形狀進(jìn)行重建，使得漢字書寫動畫的生成更具靈活性和高效性。

二、書法圖像預(yù)處理

書法臨摹過程的交互式動畫建模方法需要率先獲取漢字書法的輪廓信息，這就需要以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對書法圖像進(jìn)行預(yù)處理。一般情況下書法碑帖經(jīng)過掃描后所生成的圖像帶有諸多噪聲點(diǎn)，因此要對掃描過的書法碑帖進(jìn)行濾波去噪，便于轉(zhuǎn)換為二值圖像，之后以freeman鏈碼對書法碑帖圖像信息進(jìn)行檢測，從而滿足交互式動畫建模的應(yīng)用需求。

三、基于統(tǒng)計(jì)的筆觸模型

（一）標(biāo)準(zhǔn)筆觸模型

在對所采集筆觸形態(tài)進(jìn)行仔細(xì)觀察和研究，以2條3次Bézier曲線對標(biāo)準(zhǔn)筆觸模型進(jìn)行擬合，其中，這兩條曲線呈對稱狀態(tài)，如圖1所示，其中，圖a為毛筆書寫真實(shí)筆觸，圖b為筆觸模型，Lt為筆鋒長度，Lh為筆根長度，以L1和Lr代表筆肚左右兩側(cè)長度，實(shí)際書寫過程中受到摩擦力影響筆觸會發(fā)生一定形變，L1與Lr不再等長。在標(biāo)準(zhǔn)筆觸模型下，以坐標(biāo)原點(diǎn)O為毛筆筆桿中心在紙面上的對應(yīng)對峙，以曲線與坐標(biāo)軸相交點(diǎn)為筆觸定點(diǎn)，分別為T0、T1、T2、T3，分別以Lt、Lh、L1、Lr。

（二）確定筆觸模型參數(shù)

在對常見不同類型毛筆實(shí)際書寫筆觸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，可以建立筆觸模型，并以毛筆筆毫長度、筆根與筆鋒關(guān)系參數(shù)以及兩側(cè)筆肚與筆鋒關(guān)系參數(shù)這三項(xiàng)因素為計(jì)算依據(jù)，準(zhǔn)確計(jì)算出筆觸形狀頂點(diǎn)。

同一支毛筆筆頭不發(fā)生形變且落筆長度不超出筆毫一半的情況下，壓力值P與筆毫之間存在線性相關(guān)關(guān)系，本文以L表示毛筆筆毫長度，Lt表示與P相關(guān)的筆鋒長度，在受到筆毫長度、材質(zhì)以及毛量分布等因素的影響下，Lt結(jié)果可由數(shù)位板輸出壓感值上限與單位轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算出來，計(jì)算公式見公式（1），其中，以Pmax表示數(shù)位板輸出壓感值上限，以ρ表示單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

毛筆筆根及兩側(cè)筆肚與筆鋒的相對長度是確定筆觸模型參數(shù)過程中的重要因素，其能夠在一定程度上體現(xiàn)出毛筆材質(zhì)和毛量，一般情況下，若筆肚與根部星標(biāo)較大，則表示使用軟毫筆書寫，反之則使用硬毫筆書寫。通過以相同紙面上不同類型毛筆書寫的筆觸形狀作為判斷依據(jù)，對各筆觸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后可發(fā)現(xiàn)，各筆觸之間存在線性相關(guān)關(guān)系，依據(jù)最小二乘擬合可得到不同類型毛筆的關(guān)系參數(shù)，據(jù)此可以求得初始筆觸模型頂點(diǎn)。

（三）筆觸形狀曲線擬合

在明確筆觸形態(tài)后，基于2條3次Bézier曲線對筆觸形狀進(jìn)行擬合，其曲線參數(shù)形式為B（t）=P0（1-t）3+3P1t（1-t）2+3P2t（1-t）+P3t3，其中t的區(qū)間范圍是由0到1?；贐ézier曲線性質(zhì)及平行線定力進(jìn)行分析可知，當(dāng)t=0.5時(shí)曲線可達(dá)最高點(diǎn)，便于對頂點(diǎn)坐標(biāo)及控制點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，見公式（2）。通過此類計(jì)算可以確定標(biāo)準(zhǔn)筆觸模型參數(shù)，為交互式動畫建模的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支持。

四、書寫過程模擬

在書法臨摹過程中，應(yīng)用交互方法能夠基于用戶輸入軌跡獲取軌跡點(diǎn)的壓感值、坐標(biāo)和具體時(shí)間序列，并以此相關(guān)數(shù)據(jù)開展切線角度計(jì)算，明確壓感值的具體變化情況，分析書法筆鋒及運(yùn)筆方式。一般切線角度與壓感值變化范圍較小的情況下，可以判斷筆鋒為中鋒，若切線角度較大且壓感值變化程度處于某一區(qū)間范圍內(nèi)，則可以判斷是否出現(xiàn)不同筆法。依據(jù)筆觸形狀與動畫效果可以得到連續(xù)的筆鋒運(yùn)動軌跡，運(yùn)用函基數(shù)對軸坐標(biāo)、壓感值和切線角度進(jìn)行計(jì)算，可以準(zhǔn)確判定筆鋒運(yùn)動軌跡，由于相鄰筆鋒軌跡點(diǎn)壓感值相對穩(wěn)定，因而可以獲得連續(xù)變化的筆觸形狀，結(jié)合筆畫輪廓可以調(diào)整最終生成筆觸。

五、具體實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

書法臨摹過程的交互式動畫建模方法在實(shí)際應(yīng)用中具有重要價(jià)值，計(jì)算速度快且靈活性強(qiáng)，形變控制上比較簡單，對不同書法體的筆畫連接處理也比較自然，在不同書法體的書寫動畫生成中都具有良好適應(yīng)性，筆觸形態(tài)較為真實(shí)，但其不足在于，要求用戶具備一定的書法知識儲備，才能夠取得更為良好的應(yīng)用效果。

六、結(jié)語

中化文化博大精深，淵源流程，書法作為一種重要的傳統(tǒng)文化，具有較高的藝術(shù)價(jià)值，在書法臨摹過程中，交互式動畫建模不失為一種高效率的書寫動畫方法，滿足了草、隸、行、楷等多種書法體的臨摹需求，滿足了當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代對漢字書寫動畫的制作需求，具有動態(tài)性、靈活性和高效性特征，為中華傳統(tǒng)文化的繼承和發(fā)揚(yáng)提供現(xiàn)代化的技術(shù)支持。

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作者簡介：

龐彥霖（1994.5—），男，漢族，天津人，齊魯理工學(xué)院在讀。