第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
书法在中国已经有几千年的历史，在亚洲许多国家的艺术领域中占据十分重要的地位。汉字书法灵活而有创造力，它不仅充当着一种语言表达的符号，更是一种艺术表现形式。这使得书法成为国家生活和文化中不可替代、不可分割的艺术表现形式。 随着信息技术的快速发展，人们对信息的需求不断增加，传统的人机交互方式为人工编码键盘输入。汉字以及其它非 ASCLL 编码的文字，无法直接输入原始文字，需要通过转换编码的方式间接地转成目标文字。键盘输入不仅使人们忘记了如何正确美观地书写而且使人越来越忽视对字体本身的审美。 键盘输入的字体过于单一，仅仅是一系列编码，其千篇一律的表现方式给人的感觉过于单调和呆板，无法体现个性。自然语言的人机交互方式已成为人机交互发展的新方向，人们希望能以自然的方式如语言、手写、手势动作与机器对话，而不是生硬的敲打键盘和点击鼠标。利用信息技术来模拟真实事物是一个很意义的研究方向，但也非常具有挑战性。利用计算机来模拟书法的生成，人们便可以抛开笔墨纸砚，随时随地简单地进行书法的创作。手写交互方式相对于键盘交互来说更接近人的自然输入方式，相比于键盘输入方式，手写交互具有以下四个优点： 1、提笔可写，无需专门的系统训练； 2、能够保存手写笔迹，体现个性化； 3、书写格式及字体自由，编辑方式灵活； 4、利用计算机对手写轨迹进行处理，能展现书法艺术。 随着智能手机、平板电脑等触屏终端设备的普及，触屏终端设备已成为人们生活的重要部分。人们期待能够在触摸屏移动终端上随时随地、自由无约束地书写，并且书写的笔迹能呈现一定的书法效果。然而，现有的系统对数字笔迹的处理要么需要特殊的输入装置（如触摸板等），要么处理效果无法令人满意，无法满足人们利用移动终端进行书法创作的期望。因此，我们希望设计一个这样的系统，能够根据用户书写的笔迹生成具有书法风格的字体。这样，用户在使用触摸屏进行书写的时候，仿佛正在使用钢笔或者毛笔在纸上进行书写，能够产生书法风格的字形。人机交互的简单化和人性化的发展使得笔式交互变得越来越重要，人们希望用触屏进行书写时能获得真实笔在纸上书写的 体验。因此，研究如何对数字笔迹进行书法风格生成与编码具有重要的意义。
1.1.1 手写与书法的特点
汉字书法的书写有一套完整的运笔规则与审美标准，对于不同的笔划有不同的写法，但也不是严格规定的，不同人会有不同的书写风格，汉字书法力求笔锋鲜明、抑扬顿挫、行云流水。 从书写主体的角度来看，手写体由线条构成，线条是笔尖点在书写平面运动经过的轨迹，我们称为笔划。手写具有实时性，即书写过程与书写效果是同步的。汉字由一个或多个笔划构成，它的书写笔顺和运笔有特定的规律，注重整体的流畅性和协调性。印刷字体指供排版印刷用的规范化文字形体，与印刷体文字相比，手写文字书写没有统一的标准，它具有很强的用户个性色彩，每个人的书写习惯风格都不一样，这样使得手写文字更具有亲和力。很多时候人们更希望看到自己独一无二的手写笔迹而不是千篇一律的印刷字体。
第三章 在线手写书法字体轮廓提取与编码 ............. 43
3.1 基本思想 .......... 43
3.2 轮廓提取 ............ 43
3.3 轮廓曲线的贝塞尔编码 ............ 49
3.4 实验与结果 .......... 53
3.5 本章小结 ............ 58
第四章 基于 Android 平台的手写书法生成与编辑系统设计 ......... 59
4.1 Android 平台简介 .......... 59
4.2 书法模拟系统设计与实现 ............ 59
4.3 终端适配 ............ 64
4.4 系统界面与功能 ......... 67
4.5 本章小结 ......... 68
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
本文从实用性出发，在总结国内外在数字墨水和书法生成方面研究成果的基础上，提出了一种基于时序特征与笔刷模型的手写数字笔迹书法风格生成的方法。该方法包括实时生成和非实时重构，我们希望用户所写即所得而不是写完一笔再进行渲染，所以处理必须实时性。为了保证实时性，本文在速度模型的选择，插值算法的改进上等都进行了一系列优化。同时本文利用突变抑制算法来保证个性化笔锋生成以及笔划平滑，实验表明，该方法具有很好的实时性以及较好的书法仿真效果。书法实时生成虽然能获得很好的用户体验，但是也有不足，实时情况下无法判断笔划的类型来进行不同得到处理。为了弥补这个缺陷，本文实时书法生成的基础上进行了非实时笔划重构，即写完一笔后再根据笔划的类型、书写个性化信息对笔划进行一定的调整，使其更符合书法的风格效果。本文利用笔刷模型进行笔划渲染，即利用一定的笔刷形状沿着手写轨迹进行复制，通过调整笔刷的形态来呈现笔锋效果，通过切换不同的笔刷形状以及改变渲染方式可以获得不同风格的书法字体。
5.2 展望
本文虽然在数字笔迹书法风格生成方法及其应用研究方面取得了一些不错的成果，但是书法博大精深，正如本文开头所述如何利用有限的信息来模拟丰富的书法笔划是一 个非常具有挑战性的研究课题。本文提出的一些方法虽然取得了一些效果，但也有需要进一步改进的地方： 本文书法生成的算法需要根据个性化人工来调整参数，才能获得最佳的效果。可以通过利用机器学习的方法对不同用户书写特征进行分析学习，得到较好的参数，这样用户就不必手工设置参数了。 本文提出的非实时笔划重构方法虽然能起到一定的效果，但是书法笔划写法与风格丰富多变，无法一一进行重构。进一步改进可以更深入了解书法的书写规律及其理论体系，构建更多的笔划模型进行非实时重构。同时还可以从一个字整体出发去更全面考虑其几何结构来进行重构而不是针对一个笔划。 书法效果好坏还没有一个较为权威的评价体系，这也是书法生成研究领域的一个较大的缺陷。进一步研究可以尝试根据书法的特点或规则建立一个简单的书法好坏评价体系，比如笔划均匀程度，笔锋的效果、笔划粗细等。
参考文献
[1] 邢冲，吴仲城. 基于三维力信息的笔交互毛笔书法效果表达[J]. 计算机系统应用, 2009，10:144-148.
[2] 谭强. 汉字手写笔迹的实时墨水仿真算法研究[D]. 哈尔滨工业大学 2008年12月.
[3] 毛国红, 张俊松, 何兴恒. 虚拟毛笔模型研究综述[J]. 系统仿真学报, 2006 , 18(3): 669-674.
[4] Ross B Girshick. Simulating Chinese Brush Painting: The Parametric Hairy Brush. SIGGRAPH 2004[J]. USA：ACM Press，2004.
[5] S.Strassmann. Hairy brushes[A]. In : Proceedings of SIGGRAPH [C] . Dallas . 1986 . 225-232.
[6] N S.-H.Chu et al. An Efficient Brush Model for Physically-based 3D Painting[C]// Proc.10th Pacific Conf. computer Graphics (PG02). IEEE CS Press,2002: 413-421.
[7] Nelson S H, et al. Real-Time Painting with an Expressive Virtual Chinese Brush [J]. IEEE Computer Graphics and Applications (S0272-1716), 2004, 10: 76-85.
[8] 王坚. 数字墨水：开启自然计算新时代[J]．计算机教育，2004,(4):27-28.
[9] 刘玉达，陈华英．数字墨水，Tablet PC 的核心技术[J]．新电脑，2003,(1):42-44.
[10] 刘玉达. 数字墨水,一种全新的人机交互技术, 笔和纸的明天[J]. 新电脑, 2004, (09) .
