与基于三维模型和照片生成浮雕的技术相比，黑白线描图中没有物体的三维信息，因此用黑白线描图辅助生成浮雕面临新的研究挑战。浙江大学CAD&CG国家重点实验室针对非物质文化遗产——唐卡，提出了一个用黑白线描图生成唐卡浮雕的方法。相关研究成果发表在《中国科学: 信息科学》2019年第2期“非物质文化遗产数字化”专刊。

唐卡最早起源于两千多年前的印度帕塔, 然后在尼泊尔得到传承发展, 公元10世纪传入我国西藏地区, 逐步发展成独具特色的宗教艺术。唐卡有多种表现形式, 最常见是画在卷轴上的唐卡, 此外还有刺绣唐卡、提花唐卡、堆绣唐卡, 以及浮雕唐卡。在2006年和2009年我国政府和联合国教科文组织分别将唐卡列为非物质文化遗产。

唐卡的艺术特点是用精致的细节和复杂的构图来表现人物、动物、供品、器皿, 以及自然景物, 因而唐卡绘制过程繁杂。根据画幅大小和构图复杂度的不同, 绘画一幅完整的唐卡可能需要数月时间, 而雕刻一块唐卡浮雕则需要一年甚至更多时间。如果能用计算机辅助生成浮雕唐卡模型, 则可用浮雕机或3D打印机制作浮雕, 从而大大提高唐卡浮雕制作效率。

要实现用唐卡黑白线描图生成三维浮雕模型这个目标，面临如下研究挑战: 

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线描图物体识别

唐卡中物体种类繁多, 其中人物包括佛、菩萨、度母、金刚等, 此外还有云、山、水、植物等各种物体, 因线描图像中仅有黑白两种像素, 无法用现有的照片物体识别算法来识别黑白线描图中的不同物体。

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物体浮雕高度生成与控制

在浮雕唐卡中用高度变化表现人物面部、肢体、花瓣、树叶、装饰性云朵和水纹等, 然而这些不同物体的浮雕高度变化规律都不一样。需要根据物体的种类采用自动、半自动和交互方式在线描图中不同物体区域上控制其浮雕高度变化。

浙江大学CAD&CG国家重点实验室的研究团队提出了一个用唐卡线描图生成浮雕模型的方法。其主要贡献是用物体区域的灰度控制图以及边界种子作为约束求解Poisson方程得到物体浮雕表面高度。

系统框架

该方法将浮雕模型分为低频、中频和高频3个分量。低频分量指线描图中人物躯干以及四肢在衣服覆盖下形成的隆起趋势, 中频分量指线描图中人物的四肢局部隆起, 这两部分的高度用距离变换约束的Poisson扩散获得。高频分量指物体的细节, 例如人的眉毛、背景中的云、山、花瓣, 以及饰品等, 它们的高度通过边界约束的Poisson扩散生成。最后将浮雕低频分量、中频分量和高频分量的高度图叠加并将其转换成面片模型获得完整浮雕模型。

唐卡四臂观音浮雕效果

唐卡释迦牟尼结果展示

唐卡绿度母结果展示

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http://scis.scichina.com/cn/2019/N112018-00198.pdf