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系統識別號 U0002-1607200812231300
中文論文名稱 數位書法系統之研究與實作
英文論文名稱 Study and Implementation of Digital Calligraphy Systems
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 資訊工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Computer Science and Information Engineering
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 陳振祥
研究生英文姓名 Chen-Hsiang Chen
學號 693190232
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-06-23
論文頁數 75頁
口試委員 指導教授-洪文斌
委員-謝文恭
委員-徐郁輝
委員-洪文斌
中文關鍵字 手寫  書法  虛擬筆刷  數位墨水 
英文關鍵字 hand-writing  calligraphy  virtual brush  digital ink 
學科別分類 學科別應用科學資訊工程
中文摘要 書法是古老且優美的傳統東方書寫文化,在文件普遍數位化的影響下應用空間不斷縮減,使得東方的年輕學子逐漸放棄學習與使用這種寶貴的傳統書寫技巧。本文提出一套數位書法系統,使用者能輕易透過家中電腦進行書法的練習與創作。透過這個系統的實現,書法可以與數位環境無縫接合,借助數位化所帶來的眾多便利性,擴展全新的應用空間。本系統分為手寫輸入、即時筆觸運算與筆跡輸出三大模組,本文將一一介紹這些模組的運作原理與實作結果。最後比對各種楷書筆法在本系統下的輸出結果,以及評估本系統是否能在平價電腦設備下完成即時運作。
英文摘要 Calligraphy is a kind of traditional and beautiful oriental culture. However, with the prevalence of digitization of documents, oriental students gradually give up learning this traditional hand-writing skill. In order to remedy this situation, we propose a digital calligraphy system such that students can easily use personal computers to carry on the creation and exercise of calligraphy. Thus, based on our system, traditional calligraphy can have brand new applications. In this paper, we will first show the basic principles and implementation of our proposed system. Then, we will demonstrate the results of various writing techniques of the regular script (楷書) of our system. Finally, we will also show that our system can be executed in real-time on general and cheap personal computers.
論文目次 目次
第一章 導論 p1
1.1 研究動機與目的 p1
1.2 論文架構 p4
第二章 文獻回顧 p5
2.1 數位毛筆模型相關 p6
2.2 數位墨水與紙張模型相關 p14
第三章 系統 p17
3.1 系統的輸出與輸入裝置 p17
3.2 系統架構 p21
3.2.1 毛筆模型 p22
3.2.2 墨水模型 p31
3.2.3 紙張模型 p39
第四章 系統實作與效能評估 p45
4.1 開發環境與測試平台 p45
4.2 輸入單元 p47
4.3 計算單元 p49
4.4 輸出單元 p57
4.5 效能評估 p60
4.6 筆法模擬效果 p63
第五章 結論與未來研究方向 p64
5.1 結論 p65
5.2 未來研究方向 p66
參考文獻 p67
附錄—英文論文 p70

圖次
圖2-1 數位毛筆相關文獻關係表 p6
圖2-2 圓形筆觸無法完全模擬真實書法筆劃 (引自[13]) p7
圖2-3 Saito[13]所使用的筆刷模型 (引自[13]) p10
圖2-4 Yeh[4]所使用的筆刷模型 (引自[4]) p10
圖2-5 Chu[2]所使用的筆刷模型 (引自[2]) p10
圖2-6 各種筆觸效果示意圖 p11
圖2-7 B-Spine與Cubic Bezier Curve的筆刷表現力差異 p13
圖2-8 Kunii[16]中所提出的Z函式 (引自[16]) p14
圖2-9 Curtis[15]所提出的三層式擴散模型 (引自[15]) p15
圖2-10 Zhang[18]所提出的墨水容器群 (引自[18]) p16
圖3-1 系統架構 p21
圖3-2 3D毛筆模型-筆桿部分 p22
圖3-3 3D毛筆模型-筆刷部分 p23
圖3-4 三次貝氏曲線 (Cubic Bezier Curve) p24
圖3-5 筆刷中心骨架曲線的控制點位置條件 p25
圖3-6 曲線長度計算 p27
圖3-7 控制點連線之間的夾角 p28
圖3-8 最大筆刷彎曲率設定值 p30
圖3-9 紙張上的墨水容器分布 p32
圖3-10 毛筆上的墨水容器分布 p33
圖3-11 Zhang[18]與黃[19]位於紙張上的墨水容器模型 p34
圖3-12 本系統所使用的紙張墨水容器模型 p34
圖3-13 紙張上墨水容器的墨水流動 p35
圖3-14 筆刷上的墨水容器蓄水量與對應筆刷區域的體積成正比 p36
圖3-15 紙張模型運作架構 p39
圖3-16 材質纖維並排所產生的邊緣斷裂現象 p41
圖3-17 纖維直線超出邊界的處理方式 p41
圖3-18 水滴形狀 p43
圖3-19 可進行指令最佳化的兩種情形 p43
圖4-1 Wintab32 應用程式在Win32下的組織架構 p47
圖4-2 不同筆刷最大彎曲率n的效果差異 p49
圖4-3 筆刷半徑表R(s) p50
圖4-4 數位纖維生成方式與分布 p54
圖4-5 繪圖指令的著色效果 p55
圖4-6 即時畫面更新 p58
圖4-7 4X超取樣反鋸齒處理過程 p59
圖4-8 紙張材質對應效果 p64

表次
表2-1 數位毛筆文獻類型 p12
表3-1 數位書寫取樣裝置需要的輸入參數 p19
表3-2 市面上各類型手寫輸入裝置的功能與價格條件 p20
表3-3 墨水單元的參數交換 p37
表4-1 測試用的個人電腦平台 p46
表4-2 測試用的手寫裝置 p46
表4-3 筆刷半徑表對筆觸輪廓的影響 p51
表4-4 筆刷樣式對筆刷墨水容器蓄水量上限的影響 p52
表4-5 利用隨機變數產生筆刷材質差異效果 p53
表4-6 不同紙張紋理對墨跡的影響 p56
表4-7 書寫記錄格式比較 p57
表4-8 不同筆劃粗細的效能測試 p60
表4-9 開啟/關閉墨水效果的效能測試 p61
表4-10 超取樣反鋸齒效能測試(開啟墨水子系統) p62
表4-11 超取樣反鋸齒效能測試(關閉墨水子系統) p62
表4-12 各種筆法模擬效果 p63
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