shkolaw.in.ua 1
8. Краткая классификация методов NPR

В последние годы область NPR развивалась очень интенсивно, возникло множество методов, которые могут применяться в самых различных областях. Можно выделить два основных критерия классификации методов в области NPR:


  1. Тип входных данных

  2. Тип моделируемого процесса

По типу входных данных техники NPR делятся на использующие трехмерные модели сцен для визуализации изображения (object-space methods) [10], [15] и работающие непосредственно с двумерными изображениями (image-space methods)[1],[5]. Гибридные методы используют и трехмерные, и двумерные изображения для получения окончательного результата [7].

Большинство методов NPR моделируют традиционные художественные формы:

  1. живопись

  2. масляные краски [5]

  3. акварель [1],[16],[9],[21]

методы, имитирующие мазки краски различной конфигурации [10], [8]

Примеры:

http://cgm.computergraphics.ru/files/images/old_stories/71/image002.jpghttp://cgm.computergraphics.ru/files/images/old_stories/71/image004.jpg

  1. рисование

  2. чернила [2],[18], [20]

  3. карандаш [17],[19]

Пример:







http://cgm.computergraphics.ru/files/images/old_stories/71/image006.jpg




  1. гравюра [13],[14]

Пример:

http://cgm.computergraphics.ru/files/images/old_stories/71/image008.jpg


Существует также дополнительная классификация методов моделирования живописных мазков (штрихов):


  1. Методы на основе текстурных карт (texture-mapped methods)[6],[12] (применение текстурных карт для визуализации многих эффектов штрихов)

  2. Методы, основанные на физическом моделировании процессов (physically-based approaches) (например, в [1] моделирование физического процесса растекания воды с пигментом по бумаге)

  3. Методы ввода штрихов (stroke-input interfaces) (на вход вместе с изображением, которое будет подвергаться фильтрации, подается модель штриха, пользователь может менять его толщину, угол, прозрачность и т.д.)

  4. Также можно провести достаточно условное деление на методы:

  5. непосредственно рисования



  1. преобразования изображения (рисунка, фотографии) в художественную иллюстрацию

Это деление условно, потому что многие методы могут использоваться для обеих задач.

8.1 Акварель - способы моделирования

Существует несколько подходов к реализации эффектов акварели, каждый из которых использует немного различающиеся техники моделирования физических процессов ([1],[16],[21]).

Впервые метод физического моделирования процессов, происходящих при рисовании акварелью был предложен Дэвидом Смоллом в 1990 г. [16]. Смолл использовал клеточные автоматы (расчет всех параметров для каждого пиксела) для моделирования течения воды и рассеивания пигмента. В 1998 в [1] было предложено улучшение данного метода - в нем использовалась более сложная модель бумаги, расширенное представление слоя течения воды с пигментом, более точная визуализация и наложение слоев методом Кубелки-Мунка. Эти улучшения позволили моделировать все вышеописанные эффекты акварели, что значительно приблизило вид созданных на компьютере изображений к реальным акварельным иллюстрациям.

В [1] модель акварели представляет собой упорядоченный набор полупрозрачных слоев, каждый из которых создается отдельно запуском симуляции течения воды (fluid simulation). При визуализации конечного изображения эти слои накладываются друг на друга с помощью модели Кубелки-Мунка.


Основное достоинство данного метода - создание реалистичных изображений, близких к настоящим акварельным иллюстрациям. Недостаток метода - достаточно низкая скорость визуализации, невозможность работы системы рисования акварелью в интерактивном режиме (сначала что-то рисуется, потом запускается симуляция).

8.2 Акварель.Свойства и материалы

Кажущаяся простота и легкость, с какой большие художники создают свои произведения в технике акварели, очень обманчива. Акварельная живопись требует от художника мастерства не только во владении кистью, но и в умении подобрать нужные краски, кисти, бумагу.

Основная особенность акварели - прозрачность ее красок. Это единственная живописная техника, которая полностью обходится без белил. Вместо них здесь работает белизна бумаги, которая просвечивает сквозь наложенные на нее краски, а нужный цвет может быть получен как смешением красок на палитре, так и наложением их друг на друга непосредственно на бумаге. Для достижения наивысшей яркости (в бликах, например) просто остаются небольшие участки почти незакрашенной бумаги. Отсюда ясно, что акварель почти не допускает переделок - новым перекрытием красками можно только утемнить, но сделать темное светлым уже нельзя. Серьезный промах здесь полностью не исправишь. Поэтому прежде чем художник положит первый мазок кистью, он должен мысленно представить весь последующий ход своей работы. Белила тут не особенно помогут вследствие совсем иного характера белильной техники, совсем другой фактуры исправленное место будет вырываться из общего строя живописи, впечатление свежести и цельности работы исчезнет. Поэтому, если промах становится заметен на достаточно ранней стадии, то большой кистью или губкой смывают всю работу или какую-то ее часть. Остается лишь бледный, едва заметный красочный след. Дав ему подсохнуть, начинают писать почти заново.

Акварельные краски относятся к группе клеевых красок. Название <акварель> происходит от латинского слова <аква> - вода, т.к. вода является растворителем для этого вида красок. Связующим для этого вида красок являются прозрачные растительные клеи - гуммиарабик и др., легко растворимые водой. Акварельные краски содержат также глицерин, что делает их пластичными, не дает пересыхать, также в них содержится бычья желчь, позволяющая легко разносить краску по бумаге и не скатываться в капли. Для предотвращения появления плесени в них вводится фенол.


Пигменты для акварельных красок берутся те же, что для других красок (например, масляных). Но здесь очень высоки требования к размельчению - разведенные в воде, они должны находиться во взвешенном состоянии, не осаживаясь. Такому размельчению поддаются не все краски, некоторые при растворении дают порошкообразный осадок (например, земляные - сепия, умбра, охра). Эти пигменты обладают большей густотой, плотностью. Еще пигменты различаются способностью прилипания к волокнам бумаги и степенью грануляции, насколько пигмент скапливается в ложбинах неровной бумаги.

Бумага в акварели играет особую роль. Лучшая бумага для этих красок - крупнозернистый ватман, особенно для длительной работы, когда предполагается многократное наложение красок. Практически пригодны все сорта зернистой и плотной чертежной бумаги. Не годятся гладкие, глянцевые сорта - краска будет очень плохо соединяться с их поверхностью.

Чтобы эффективно моделировать акварель, важно изучить не просто физические свойства красок, бумаги и т.д., а характерные эффекты акварели, которые делают ее такой популярной среди художников. Модель является успешной, если в ней можно достигнуть многие из этих эффектов.

8.3 Подробнее об эффектах акварели

Акварелью можно работать по-разному. Существуют 2 основные техники рисования: по мокрой бумаге (wet-in-wet), когда художник сначала смачивает бумагу водой и лишь потом наносит краску, что позволяет краске свободно растекаться, и по сухой бумаге (wet-in-dry). С помощью этих техник можно получить ряд стандартных эффектов акварели, применяемых художниками.

http://cgm.computergraphics.ru/files/images/old_stories/71/image010.jpg

  • Эффект сухой кисти (dry-brush effect): краска наносится с помощью почти сухой кисти под определенным углом, в результате этого окрашиваются лишь возвышенные участки неровной бумаги, получается мазок с нерегулярными пробелами и рваными краями.


  • Затемнение краев (edge darkening): во время рисования по сухой бумаге поверхностное натяжение воды не позволяет мазку краски растекаться. Вместо этого пигмент постепенно перемещается из центра к краям, по мере того, как краска начинает высыхать, и по краям закрашенной области пигмент более насыщенный. Это - один из основных эффектов, характерных именно для акварели в первую очередь.

  • Эффект обратного течения воды (intentional backruns): возникает, когда лужа воды течет обратно в окрашенную влажную область, что часто случается, если окрашенный участок сохнет неравномерно, вода несет с собой пигмент, что влечет появление сложных ветвистых форм с темными краями.

  • Грануляция и разделение пигментов (granulation and separation of pigments): грануляция пигментов создает подобие зернистой текстуры, которая подчеркивает пики и впадины на бумаге. Грануляция зависит от конкретного пигмента и наиболее велика на очень влажной бумаге. Разделение пигментов происходит из-за расщепления цветов, что бывает, когда более плотные, густые пигменты наносятся раньше, чем менее плотные.

  • Свободное растекание пигмента (flow patterns): происходит, если рисовать на влажной бумаге, что позволяет пигменту свободно растекаться, образуя красивые формы с тонкими побегами в направлении течения воды.

  • Еще одна очень важная техника рисования акварелью - наложение слоев (color glazing). Это процесс добавления очень тонких, бледных слоев, одного за другим, в результате чего достигается очень чистый, прозрачный, ровный эффект. Каждый слой наносится только после того, как предыдущий слой высох.

Более дорогие акварельные краски обычно обладают низкой растворяемостью, что позволяет не только наносить тонкие равномерные слои, но и использовать любую технику рисования поверх высохшего слоя (включая сухую кисть и рисование по мокрой бумаге) без повреждения нижележащих слоев.

Техника наложения слоев отличается от остальных тем, что тут различные пигменты смешиваются не физически, а оптически. Это приводит к красивому эффекту который часто называют "светящийся" (luminous), "сияющий изнутри". Субъективное впечатление растет от эффекта затемнения краев.