一种基于力反馈技术的虚拟水墨扩散范围计算方法

摘要

一种基于力反馈技术的虚拟水墨扩散范围计算方法，属于虚拟绘制技术领域，是在虚拟绘制中引入虚拟力影响系数，将扩散区分为深色扩散区和浅色扩散区，给出了深色扩散区和浅色扩散区扩散范围的计算方法，包括计算吸储量、计算深色扩散区粒子量、计算深色扩散区扩散范围、计算浅色扩散区粒子量、计算浅色扩散区扩散范围等步骤，计算出浅色扩散区宽度₂，从而得到虚拟力影响下的浅色扩散区扩散范围。本发明在虚拟绘制中引入了力反馈技术，揭示了虚拟绘制过程中力对水墨扩散的影响机理，分别给出了深色扩散区和浅色扩散区扩散范围的计算方法，弥补了现有水墨扩散方法中未考虑力觉因素的不足，增强了虚拟绘制中水墨扩散仿真效果。

主权项

一种基于力反馈技术的虚拟水墨扩散范围计算方法，其特征包括如下步骤：(1)计算吸储量单个纸元的吸储量即为宣纸模型的吸储度，用字母i表示，吸储度的单位为粒子个数/纸元；引入虚拟力影响系数p，p为当前的虚拟力F与最大输出力的比值，设力反馈设备最大输出力为F_max，p＝F/F_max；p的取值范围为0‑1；在水墨扩散仿真中吸储度受虚拟力的影响，吸储度表达式变为：i×(1+p)；吸储量的计算公式如公式(1)所示，其中pen_size为毛笔模型直径，其单位为纸元边长，N为单个纸元的面积；(2)计算深色扩散区粒子量深色扩散区粒子量包括深色扩散区墨粒子量M_深墨、水粒子量M_深水，总粒子量M_深为墨粒子量和水粒子量之和，单位均为粒子个数；水墨扩散过程中墨粒子的扩散能力弱于水粒子，只有一部分墨粒子能够扩散到浅色扩散区；设毛笔出墨量为M₀，单位为粒子个数，供扩散的水墨量为M₁，单位为粒子个数，则M₁＝M₀‑M_吸；扩散到浅色扩散区的墨粒子量占供扩散墨粒子量的比例称为扩散度，用字母d表示；在虚拟力影响下的扩散度表达式为：d×(1+p)，此时此时扩散度随着虚拟力的增加而增加；当时，扩散度达到最大值1，表明虚拟力的增加对扩散度不再产生影响；深色扩散区墨粒子量M_深墨计算如公式(2)所示：M_深墨＝M_吸×ink_density+M₁×ink_density×[1‑d×(1+p)](2)其中ink_density为墨浓度；深色扩散区水粒子量M_深水计算如公式(3)所示：M_深水＝M_吸×(1‑ink_density)   (3)深色扩散区总粒子量M_深计算如公式(4)所示：M_深＝M_深墨+M_深水＝M_吸+M₁×ink_density×[1‑d×(1+p)](4)(3)计算深色扩散区扩散范围水墨扩散区分为深色扩散区和浅色扩散区；深色扩散区扩散范围为圆形区域，半径为L₁，单位为纸元边长，L₁的计算如公式(5)所示：由此计算出深色扩散区半径，从而得到虚拟力影响下的深色扩散区扩散范围；(4)计算浅色扩散区粒子量浅色扩散区粒子量包括浅色扩散区墨粒子量(M_浅墨)、水粒子量(M_浅水)，总粒子量(M_浅)为浅色扩散区墨粒子量和水粒子量之和，单位均为粒子个数；浅色扩散区墨粒子量计算如公式(6)所示：M_浅墨＝M₁×ink_density×d×(1+p)   (6)浅色扩散区水粒子量计算如公式(7)所示：M_浅水＝M₁×(1‑ink_density)   (7)浅色扩散区总粒子量计算如公式(8)所示：M_浅＝M₁×[1‑ink_density+ink_density×d×(1+p)](8)(5)计算浅色扩散区扩散范围浅色扩散区扩散范围为深色扩散区周围的圆环区，其宽度为L₂，单位为纸元边长；L2的计算如公式(9)所示：由此计算出浅色扩散区宽度L₂，从而得到虚拟力影响下的浅色扩散区扩散范围；其中，吸储量是指宣纸模型能够接收的最大水墨粒子量，用M_吸表示，其单位为粒子个数。