V5CG › 首页 › 专题› 人物专访 › 查看内容

MOXI - 强大的中国画软件

2013-7-4 11:49 Edit Views: 41566 Comments: 1 Original: Edit 收藏

摘要: 对于所有从事Computor Graphics及Visual Effects研究工作的人来说，作品可以入选SIGGRAPH，除了是一个荣誉外，亦是向世界宣布其成果的一个机会。今次我们很荣幸可以邀请到凭着研发实时虚拟水墨而成功入选了SIGGRAPH ...

小编：可否讲解有关虚拟毛笔笔头骨架的部份?
Nelson:在初期研发的首一两年，我只是用了一束毛束，毛束骨架由一根骨脊(Spine)和一些侧节组成，而一根骨脊则由数节骨杆所连成。当时的CPU (Central Processing Unit) 速度较慢，而我们的软件也未optimize (优化) 好，所以仿真速度只做到25fps(frame per second)，如果挥笔动作太快会有起角的毛病。我之后的工作是优化程序的运行速度，程序快了便可加添几根分支骨脊上去，以令笔毛散开的效果更佳。

小编：以现有的CPU速度估计，最多可用上几多根骨脊呢?而你觉得需要几多根骨才会是最完美?
Nelson:现在设定最多为5根骨脊，但一般3至4条亦已经足够做到毛笔散开的效果。毛笔上其实并没需要制造过多的分叉，因为我们在毛束的曲面上用了alpha map，已可做到一定程度的分叉和干笔效果。如果真的希望在绘画时能够出现很多分叉，像用很干的笔在纸上擦的话，那么准确的力学模拟会相对地变得不太重要，相反地重点会落于Controlled Randomness(受控的随机性)。Nelson自行改装的毛笔。他利用3D mouse(鼠标)内里的ultrasound sensor部份，别外还加上Gyroscope (回转仪)去计算Orientation (定向)。

小编：你曾经自行设计了一枝感应笔，何以最后还是使用上Wacom笔?它的好处是什么?
Nelson:最初，我认为Wacom笔的笔尖只有一两mm(毫米)的压力操控，是难以把它当作约一吋高的真笔锋，于是便自行尝试去造一枝模拟的感应笔。由于当时经费有限，我们买回来的都是一些较便宜的装置或零件;例如当时我就利用3D mouse(鼠标)内里的ultrasound sensor(超声波感应器)部份，并上自己的毛笔上，另外还加上gyroscope (回转仪)去测量orientation (定向)，可惜最后却令毛笔的重量增加，而且笔尖接触台面的承受力与计算机内出现的虚拟毛笔也很难配合，再加上感应器本身又不是太准确，所以出来效果不太理想。而最终选用Wacom笔，主要是因为当我亲身试过之后觉得那一两亳米的操控原来不是想象中那么差的!而且Wacom的硬件己被广泛采用，用家很容易便可以找它来玩我的系统。还有就是最新推出的Wacom 6D Art Pen已加有twist(扭转)功能，可以说刚好配合了我们操控的须要。其实说起刚巧，近年来迅速发展的GPU (Graphical Processing Units) 也是刚巧配合了我们的发展。

小编：为何虚拟水墨需要用模拟运算?
Nelson:如果你有玩过水墨画，会发现当水用得较多时，在宣纸上会出现有流动感的墨象，我相信这些墨象是由水之流动所造成，但水在宣纸的纤维间流得很慢，不易被肉眼看出。于是我便用摄录机拍下整个渗化过程，之后看回快镜回放时，我们便不难看到水之流动，而这也肯定了仿真水墨是需要用上一个完整的Fluid Simulation (流体摸拟运算)，而不应像前人般，只用Diffusion (扩散) 来摸拟。

Nelson:不过要做到实时Computational Fluid Dynamics(CFD)是有一定难度的，其实之前有人也做过，例如Mark J. Harris (University of North Carolina at Chapel Hill/NVIDIA Corporation)，2003年他发表了他把Jos Stam 的CFD方法带到GPU上的工作。当然方法也不只一种，CFD在历史上的出现，其实可追溯至二次大战前，而在大战后有了大型计算机出现，CFD便得到篷勃发展，计算方法也变成五花八门。而最近的20年，又出现了一种名为”Lattice Boltzmann” 的新方法。我得知这种新方法，是因为看到由State University of New York at Stony Brook的CG 研究人员在2002年所写的文章。Lattice Boltzmann方法十分适合parallel processing (并行处理)，在现代的GPU上跑是非常cost-effective (具成本效益)的。所以我也选用Lattice Boltzmann来模拟水墨。Nelson: 定了用Lattice Boltzmann后，也不是一拍即合的。为了乎合水墨的情况，我把Lattice Boltzmann 的方程式改了一下。因为自己始终不是专修物理的，所以我也很想请教一下物理专家。在05年7月，我在一国际流体力学研会中，讲了一下我们的Lattice Boltzmann模型，一方面是为了想得到专家的feedback(响应)，另一方面也希望可向他们介绍一下GPU的应用。在会中很高兴见到Lattice Boltzmann方法的权威 Dr. Luo Li-Shi (National Institute of Aerospace, USA)。他赞我的应用十分好，说它把物理科学与艺术结合了。不过其实我最想听到的还是他技术上的意见，可惜他工作繁忙，未暇赐教。
Nelson示范泼墨效果。 (如欲欣赏更详细片段,请到 Moxi官方网站直接下载)

小编：是否会加入泼墨的效果?
Nelson:其实一般如张大千式的泼墨，是不一定有泼的动作，他们一般都会选择一些吸水性较低的纸，让水墨于纸面上随意地流动，“泼”是指“随意”、“快速落墨”的意思。现在《写意轩》的版本暂时仍没做到纸面流动，不过将来有时间我会试做。之于如真的要有泼的动作，现有版本已经做到类似喷枪的效果，离泼不远，反而问题是输入装置的配合。我发现Wacom出产的Intuos 2 、3手绘版其实是有由笔尖到绘板之间大约半吋高的距离感应。这是没公开的功能，有机会我想和Wacom谈谈这功能的发展。

小编：可以讲解一下为何虚拟水墨要利用上GPU吗?
Nelson:其实就算不做水墨渗化的话，GPU还是能帮上很大忙的。我们模拟毛笔的动作时已用了很多的CPU运算资源，但绘图系统还需要计算和画出笔触，如果全部运算都由CPU处理的话，就会很慢。幸好当时的GPU (我们那时是用Geforce 2 Pro) 己发展到有了pixel-buffer，这令我们可以把计算和画出笔触的处理分给GPU负责，要不然我们当初恐怕连25fps都没有。Nelson:至于要做到水墨在宣纸上渗化的效果，则更加需要靠GPU了。近年3D游戏普及，对GPU要求大大提升，以致其发展特别迅速，现在的GPU己可作为一个parallel 的co-processor，可应用到流体力学或其它的科学运算。而我也因此顺理成章地用了GPU来模拟水墨的流动，开发上我是用了OpenGL及nVIDIA 的Cg Language来设计。

下一页，继续精彩

123 4 5 / 5 页下一页

邀请