专利名称：毛笔电子画刷设置装置和毛笔电子画刷的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机图形处理技术，尤其涉及一种毛笔电子画刷设置装置、描绘类似毛笔笔迹的毛笔电子画刷、描绘毛笔电子线条的方法及装置。
背景技术：
计算机图形学(Computer Graphics,简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学，其目的是利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。光栅图形学是计算机图形学的一个分支，其是用光栅显示器来显示图形。光栅显示器将图形光栅化，并对光栅化的图形进行处理。光栅显示器可以看作是一个像素矩阵，在 光栅显示器上显示的任何一个图形，实际上都是一些具有一种或多种颜色和灰度像素的集合。正由于这个原因，在光栅显示器上绘制的非水平且非垂直的直线或多边形的边界，或多或少都会呈锯齿状，这种用光栅显示器上的离散量(像素)表示连续量所引起的失真叫做走样(aliasing)。用于减少或者消除这种效果的技术叫反走样(antialiasing)。常见的反走样手段有两种方式，一是提高分辨率，二是区域采样。其中提高分辨率的方式，硬件成本太高，并且只能减轻走样效果，不能消除走样，所以通常采用区域采样的方式。在区域采样中，目前反走样画线的方法有很多种，例如，可以采用圆形画刷来画一定宽度的线条，但是用这种画刷绘制的线条在不同的方向上线条宽度都一致，比较单调，不符合用实际的笔所画出的线条的轨迹，例如，不能真实地反映出毛笔所写出的字的轨迹。现有的模拟毛笔笔迹的系统一般地都是从建立毛笔受力模型，根据笔在屏上写字时的力量大小及方向来模拟毛笔与纸的接触形状，进而来模拟毛笔效果。这种系统因为要检测到笔的压力大小及方向，所以只能应用于带有压力感应并且能够感知笔尖的方向的触摸屏上。并且这种数学模型比较复杂，运算量比较大。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种毛笔电子画刷设置装置、描绘电子线条的毛笔电子画刷、毛笔电子线条描绘方法及装置，其能绘制出类似毛笔笔迹的电子线条。根据本发明的第一方面，提供一种描绘电子线条的毛笔电子画刷的设置装置，其特征在于，包括形状和中心位置设定模块，用于设定毛笔电子画刷的中心位置，并设定毛笔笔头形状的多边形作为毛笔电子画刷；宽度设定模块，用于根据用户的需要设定所述多边形的宽度；宽度调节模块，用于随着毛笔电子画刷移动的速度的变化而变化调节所述多边形的宽度，该毛笔电子画刷移动得越快，所述毛笔电子画刷对应的多边形越小。本发明的上述毛笔电子画刷的设置装置还可以包括颜色分布确定模块。该颜色分布确定模块进一步包括权值确定子模块，当以水平方向上包含毛笔电子画刷的最小正方形外接框中的每个像素点为起点的任一条射线与所述多边形的各边交点的总个数为偶数个时，该像素点的权值为O ;当为奇数个时,像素点的权值根据该像素点到毛笔电子画刷的多边形的各条边的距离的最小值与一个常数的比值确定，所述常数根据经验确定，当所述比值大于I时，像素点的权值为1，当所述比值小于I时，像素点的权值等于该常数；颜色分布子模块，其通过如下公式计算出毛笔电子画刷的颜色分布并显示Vs = WsXVcu+(1-Ws) XVbg其中，Vs代表在水平方向上包含毛笔电子画刷的最小正方形外接框中的任意一像素点S的R、G、B颜色分量，Vcu代表当前毛笔电子画刷的R、G、B颜色分量，Vbg代表背景色的R、G、B颜色分量，Ws是像素点S的权值。在本发明的上述毛笔电子画刷的设置装置中，当所述毛笔电子画刷从当前位置移动到下一个位置时，所述宽度调节模块比较当前毛笔电子画刷的宽度WCur和毛笔电子画刷的目标宽度wDst并调节毛笔电子画刷的宽度wCur 当 wCur > wDst+wStep 时，wCur = wCur-wStep ；当 wCur < wDst-wStep 时，wCur = wCur+wStep ；当wDst-wStep ^ wCur ^ wDst+wStep时，保持当前毛笔电子画刷的宽度wCur不变，其中毛笔电子画刷的目标宽度wDst由当前的采样距离D所确定，该采样距离D是指系统根据输入设备移动以一定的时间间隔进行采样而得到的当前采样点与上一采样点之间的距离，wStep表示毛笔电子画刷宽度变化的步长，该步长是根据经验确定的固定值。在本发明的上述毛笔电子画刷的设置装置中，所述毛笔电子画刷的目标宽度wDst与所述采样距离D之间的关系为当采样距离D小于等于某一预设值时,wDst = wPen,其中wPen表示整个描绘过程中毛笔电子画刷的最大宽度且为一固定值；当采样距离D大于某一预设值时，wDst = k/D, k是根据经验取值；当wDst < wMin时，wDst = wMin,其中wMin表示整个描绘过程中毛笔电子画刷的最小宽度，为固定值。本发明的上述毛笔电子画刷的设置装置的颜色分布确定模块还可以包括权值存储子模块，其将求得的毛笔电子画刷的最小正方形外接框中的各像素点的权值存储成为一个由数组构成的模板，所述数组中的各个元素对应于外接框中各个像素点的权值。在本发明的上述毛笔电子画刷的设置装置中，当毛笔电子画刷移动，所述像素点权值确定模块确定当前位置的毛笔电子画刷的水平方向的最小正方形外接框，确定当前外接框中的各像素点的权值，并确定当前位置的毛笔电子画刷的外接框与当前位置的前一位置的外接框的公共像素点和不属于当前位置的前一位置的外接框的像素点，将在当前外接框中的像素点的权值和在当前位置的前一位置的外接框中的像素点的权值之和作为公共像素点的权值；所述权值存储子模块存储所述像素点权值确定模块求得的不属于上一外接框的各像素点的权值、以及公共像素点的权值；所述颜色分布子模块根据像素点权值存储子模块中存储的不属于当前外接框的各像素点的权值，并计算出各像素点的红色分量、蓝色分量和绿色分量，然后显示。根据本发明的第二方面，提供一种毛笔电子画刷，其由本发明的所述毛笔电子画刷设置装置设置而成。根据本发明的第三方面，提供一种描绘毛笔电子线条的装置，其包括点选取模块，采集用户的输入笔迹点中的四个点作为三次B样条曲线所需的控制点；线条描绘模块，利用三次B样条曲线方程，基于点选取模块选取的所述控制点确定并用反走样线段连接待描绘电子线条上的数个点；采用所述毛笔电子画刷描绘所述线条描绘模块得到的反走样线段。根据本发明的第四方面，提供一种描绘毛笔电子线条的方法，其包括点选取步骤，采集用户的输入笔迹点中的四个点作为三次B样条曲线所需的四个控制点，线条描绘步骤，基于所述四个控制点，利用三次B样条曲线方程，确定并用反走样线段连接待描绘电子线条上的数个点，其中所述反走样线段采用本发明的毛笔电子画刷描绘。采用本发明的毛笔电子画刷设置装置、描绘电子线条的毛笔电子画刷、毛笔电子线条描绘方法及装置，其绘制的笔迹线条粗细有致，类似真实的毛笔笔迹；而且毛笔电子画刷的颜色权值从中间向外层逐渐减小，使绘制的笔迹线条更美观。
图1示出了本发明的电子线条描绘方法的流程图；
图2示出了本发明的毛笔电子画刷的示意图；图3示出了本发明的确定毛笔电子画刷的像素点权值的方法流程图；图4示出了利用本发明的梯度权值方法给出的毛笔电子画刷的颜色分布图放大了 8倍的图示；图5示出了用本发明的方法写出的毛笔字的样子的图示；图6示出了确定本发明的毛笔电子画刷的颜色分布的方法流程图；图7示出了根据本发明描绘毛笔电子线条的方法的一实施例的流程图；图8示出了根据鼠标移动得到的采样点与所画曲线之间的关系图；图9示出了本发明的毛笔电子画刷设置装置的结构方框图；图10示出了本发明的毛笔电子画刷设置装置中的颜色分布模块的结构方框图。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
进一步详细描述本发明，但本发明并不仅仅限于此。通常在计算机、手持移动终端、触摸板等上用鼠标或者手指、或触控笔等输入装置进行手写输入时，所述输入装置移动的笔迹在显示装置上显示出的笔迹曲线，都是通过将无数个点用短线段依次连接而成，所取的点越密集，所描绘的曲线越精确、越平滑，越接近理想曲线。本发明的描绘毛笔电子线条的方法，首先求出要绘制的曲线的曲线方程，然后用短线段依次连接根据求得的曲线方程所确定的曲线上的点，从而得到所要绘制的曲线。其中要绘制的曲线的曲线方程采用B样条方法求得。B样条方法是描绘自由曲线和曲面的较为常用的方法。在B样条方法中，用来描绘曲线的B样条曲线方程通常是一个高阶多项式。在使用时，为了减少计算量，希望曲线次数越低越好，但二次曲线是一条抛物线，不能反应曲线的拐点，所以一般使用三次B样条曲线。三次B样条曲线具有四个控制点Pi, Pi+1，Pi+2，Pi+3，其中i彡0，根据Pi, Pi+1，Pi+2，Pi+3各点的坐标、可以求出由该四个控制点所确定的三次B样条曲线方程。公式(I)给出了通过三次B样条曲线方程求B样条曲线上的点的X坐标的表达式，其中x0、xl、x2、x3分别是如图8所示的四个控制点Ptl, P1, P2, P3的横坐标。关于B样条曲线上的点的y坐标的表达式与上述关于X坐标的表达式公式(I)类似，只需将其中的x0、xl、x2、x3分别换成如图8所示的四个控制点Ptl, P1, P2, P3的纵坐标y0、yl、y2、y3即可。公式⑴中的参数u的取值范围为O彡u彡1，其具体取值可以根据情况设定，u的取值越小，则通过公式(I)所求出的B样条曲线上的点越靠近起点，u的取值越多,则表明在曲线段上所选取的点越密集。
权利要求
1.一种描绘电子线条的毛笔电子画刷的设置装置，其特征在于，包括 形状和中心位置设定模块，用于设定毛笔电子画刷的中心位置，并设定毛笔笔头形状的多边形作为毛笔电子画刷； 宽度设定模块，用于根据用户的需要设定所述多边形的宽度； 宽度调节模块，用于随着毛笔电子画刷移动的速度的变化而变化调节所述多边形的宽度，该毛笔电子画刷移动得越快，所述毛笔电子画刷对应的多边形越小。
2.根据权利要求1所述的毛笔电子画刷设置装置，其特征在于，还包括 颜色分布确定模块，所述颜色分布确定模块进一步包括 权值确定子模块，当以水平方向上包含毛笔电子画刷的最小正方形外接框中的每个像素点为起点的任一条射线与所述多边形的各边交点的总个数为偶数个时，该像素点的权值为O ;当为奇数个时，像素点的权值根据该像素点到毛笔电子画刷的多边形的各条边的距离的最小值与一个常数的比值确定，所述常数根据经验确定，当所述比值大于I时，像素点的权值为1，当所述比值小于I时，像素点的权值等于该常数； 颜色分布子模块，其通过如下公式计算出毛笔电子画刷的颜色分布并显示Vs = WsX Vcu+(1-Ws) XVbg 其中，Vs代表在水平方向上包含毛笔电子画刷的最小正方形外接框中的任意一像素点S的R、G、B颜色分量，Vcu代表当前毛笔电子画刷的R、G、B颜色分量，Vbg代表背景色的R、G、B颜色分量，Ws是像素点S的权值。
3.根据权利要求1或2所述毛笔电子画刷设置装置，其特征在于， 当所述毛笔电子画刷从当前位置移动到下一个位置时，所述宽度调节模块比较当前毛笔电子画刷的宽度《Cur和毛笔电子画刷的目标宽度wDst并调节毛笔电子画刷的宽度wCur 当 wCur > wDst+wStep 时，wCur = wCur-wStep ；当 wCur < wDst-wStep 时，wCur = wCur+wStep ； 当wDst-wStep < wCur ^ wDst+wStep时,保持毛笔电子画刷的宽度wCur原宽度不变，其中毛笔电子画刷的目标宽度wDst由当前的采样距离D所确定，该采样距离D是指系统根据输入设备移动以一定的时间间隔进行采样而得到的当前采样点与上一采样点之间的距离，wStep表示毛笔电子画刷宽度变化的步长，该步长是根据经验确定的固定值。
4.根据权利要求3所述的毛笔电子画刷设置装置，其特征在于， 所述毛笔电子画刷的目标宽度wDst与所述采样距离D之间的关系为 当采样距离D小于等于某一预设值时,wDst = wPen,其中wPen表示整个描绘过程中毛笔电子画刷的最大宽度且为一固定值； 当采样距离D大于某一预设值时，wDst = k/D, k是根据经验取值； 当wDst < wMin时,wDst = wMin,其中wMin表示整个描绘过程中毛笔电子画刷的最小宽度，为固定值。
5.根据权利要求2所述的毛笔电子画刷设置装置，其特征在于，所述颜色分布确定模块还包括， 权值存储子模块，其将求得的毛笔电子画刷的最小正方形外接框中的各像素点的权值存储成为一个由数组构成的模板，所述数组中的各个元素对应于外接框中各个像素点的权值。
6.根据权利要求5所述的毛笔电子画刷设置装置，其特征在于， 当毛笔电子画刷移动，所述像素点权值确定模块确定当前位置的毛笔电子画刷的水平方向的最小正方形外接框，确定当前外接框中的各像素点的权值，并确定当前位置的毛笔电子画刷的外接框与当前位置的前一位置的外接框的公共像素点和不属于当前位置的前一位置的外接框的像素点，将在当前外接框中的像素点的权值和在当前位置的前一位置的外接框中的像素点的权值之和作为公共像素点的权值； 所述权值存储子模块存储所述像素点权值确定模块求得的不属于上一外接框的各像素点的权值、以及公共像素点的权值； 所述颜色分布子模块根据权值存储子模块中存储的不属于当前外接框的各像素点的权值，并计算出各像素点的红色分量、蓝色分量和绿色分量，然后显示。
7.一种毛笔电子画刷，其特征在于，由权利要求1-6所述的毛笔电子画刷设置装置设置而成。
8.一种应用如权利要求7所述毛笔电子画刷描绘线条的装置，其特征在于，包括 点选取模块，采集用户的输入笔迹点中的四个点作为三次B样条曲线所需的控制点； 线条描绘模块，利用三次B样条曲线方程，基于点选取模块选取的所述控制点确定并用反走样线段连接待描绘电子线条上的数个点； 采用所述毛笔电子画刷描绘所述线条描绘模块得到的反走样线段。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于， 所述毛笔电子画刷描绘所述线条描绘模块得到的反走样线段时，毛笔电子画刷的中心从反走样线段的起点开始，以一定的步长向反走样线段的终点移动。
10.根据权利要求9所述的电子线条描绘装置，其特征在于， 当毛笔电子画刷以一定的步长P从反走样线段的起点向其终点移动时，如果到达终点时多余一小段距离S，则画下一段反走样线段时毛笔电子画刷的起点从下一段反走样线段的起点向其终点侧偏移一段距离Ρ-s，其中s < P。
11.一种应用如权利要求7所述毛笔电子画刷描绘线条的方法，其特征在于，包括 点选取步骤，采集用户的输入笔迹点中的四个点作为三次B样条曲线所需的四个控制点， 线条描绘步骤，基于所述四个控制点，利用三次B样条曲线方程，确定并用反走样线段连接待描绘电子线条上的数个点，其中所述反走样线段所述毛笔电子画刷描绘。
12.根据权利要求11所述的电子线条描绘方法，其特征在于， 所述反走样线段采用毛笔电子画刷描绘包括 所述毛笔电子画刷的中心从反走样线段的起点开始，以一定的步长向反走样线段的终点移动。
13.根据权利要求11所述的电子线条描绘方法，其特征在于， 所述反走样线段采用毛笔电子画刷描绘还包括 当毛笔电子画刷以一定的步长P从反走样线段的起点向其终点移动时，如果到达终点时多余一小段距离S，则画下一段反走样线段时毛笔电子画刷的起点从下一段反走样线段的起点向其终点侧偏移一段距离Ρ-s，其中s < P。
全文摘要
本发明提供一种毛笔电子画刷的设置装置，其包括形状和中心位置设定模块，用于设定毛笔电子画刷的中心位置，并设定毛笔笔头形状的多边形作为毛笔电子画刷；宽度设定模块，用于根据用户的需要设定所述多边形的宽度；宽度调节模块，用于随着毛笔电子画刷移动的速度的变化而变化调节所述多边形的宽度，该毛笔电子画刷移动得越快，所述毛笔电子画刷对应的多边形越小。本发明还提供一种由该毛笔电子画刷的设置装置的毛笔电子画刷。另外，本发明还提供一种使用所述毛笔电子画刷描绘毛笔电子线条的装置及方法。利用本发明，能够绘制出类似于毛笔笔迹的电子线条。
文档编号G06T11/80GK102999321SQ201110274499
公开日2013年3月27日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者肖超, 邹明福 申请人:汉王科技股份有限公司