[发明专利]一种基于力信息的毛笔书法表达方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机信息领域和计算机艺术仿真技术领域，特别涉及一种基于力信息的毛笔书法表达方法。

背景技术

中国毛笔书法艺术已有几千年的历史，古往今来的文人墨客无不喜欢“挥毫泼墨”，借助毛笔来传情达意，无数的书法家为我们留下了精美的艺术瑰宝。作为书法工具的毛笔，兼具操作简便和表现力丰富的特性。随着计算机技术飞速发展，越来越多的学者开始关注毛笔书法表达的研究。毛笔书法具有极强的表现力，能产生丰富的视觉效果，这主要依赖于毛笔笔毫形态的复杂多变，以及墨水在纸张上扩散的不确定性。所以，在仿真毛笔书法效果时，主要关注于毛笔的模型和墨水在纸张上扩散的模型。毛笔书法表达的实现，有助于在计算机中模拟毛笔练字系统，不仅完成了毛笔书法艺术的数字化，而且避免了现实中毛笔练字的笔纸墨的浪费。

现有专利中，专利号为CN101373539B的“毛笔笔迹的书写方法及书写装置”提出一种毛笔雨点模型，通过应用雨点模型，并依据预设的毛笔模型的各初始参数值，所捕捉的采样点的位置坐标和压力值来确定采样点的雨点模型的各参数，来模拟各种毛笔特效。专利号为CN100338612C的“基于毛笔和宣纸的水墨传输模型与仿真算法”构造了毛笔模型和宣纸模型，实现墨水在毛笔和宣纸之间的交换及墨水在宣纸上传输，仿真中国水墨画效果。

在对上述现有技术进行分析后，发明人发现：

现有技术中对毛笔书法效果的表达是通过计算机图形学或计算机特定算法来实现的，如利用毛笔和纸张图形学来模拟毛笔在纸张上书写产生的效果，或利用毛笔雨点模型来达到各种毛笔书法特效，但现有的技术多是通过设置复杂的参数，或利用复杂的特定设备，实现毛笔书法或水墨画渲染，对普通的用户不实用，而且其计算复杂度较高，对计算机性能的要求较高，特别是这些算法都不是实际反映毛笔书法的物理过程，实际上毛笔书法过程是一个力作用和反馈过程，即毛笔书写的形成是由人手的作用力带动毛笔笔毫相对纸张的接触运动而产生的，这一过程所形成的特殊毛笔书写风格，如形态、神情、风韵、意境和气势之美，是由于书写者书写力作用形成的，并且这一过程是自然形成的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题即目的是：避免上述现有技术中对毛笔书法表达的不足之处，提出一种基于力信息的毛笔书法表达方法，利用三维力传感器获取毛笔书写过程产生的三维书写力信息，并基于三维书写力的大小和方向，模拟毛笔书法的创作效果。

本发明的技术方案是：

一种基于力信息的毛笔书法表达方法，特别是：采用三维力传感器来获取毛笔笔毫与签字平面接触产生的三维手写力矢量信息，即当有毛笔手写过程发生时，三维力传感器可以实时的感知和输出作用在其上的三维手写动态力信息变化，通过采集和转换这些信息，计算毛笔笔毫与纸张平面接触产生的笔触区域，然后根据力信息实现对笔触区域的操作和处理以形成笔迹，并计算在笔迹边缘的墨水扩散方式，特别是采用了墨水十字扩散方法来完成对笔迹边缘墨水扩散的计算，最终实现在力信息下的毛笔书法表达效果，方法步骤包括：

初始化三维力传感器；

获得三维手写力数据；

获得三维手写力信息数值；

预处理计算；

计算笔触区域；

墨水扩散计算。

初始化三维力传感器，具体包括：

为三维力传感器正常工作提供符合要求的环境需求，如电源需求，内存需求以及接口驱动需求等，以保证三维力传感器能够正确而有效的输出数据。

获得三维手写力数据，具体包括：

当书写者开始进行钢笔书法时，三维力传感器会实时感知并输出书写者在签字过程所产生的力信号，通过采集和转换这些力信号，可获得三维手写力数据，设R_x(i)为t＝iT时刻采集三维力传感器x轴方向上的力数据，R_y(i)为t＝iT时刻采集三维力传感器y轴方向上的力数据，R_z(i)为t＝iT时刻采集三维力传感器z轴方向上的力数据，T为系统采样周期；

即采集t＝iT时刻三维力传感器输出的力信号，获得t＝iT时刻三维手写力数据R_x(i)、R_y(i)、R_z(i)。

获得三维手写力信息数值，具体包括：