实时像素化非真实感渲染方法

传统像素化的非真实感渲染方法，大多存在操作复杂，需要手动调节众多参数，时间复杂度极高等相关问题。针对以上问题，本文提出了一种高性能实时像素化非真实感渲染方法，该方法首先设计光照模型，随后通过边缘检测提取出目标对象的边缘，进行插值计算对图像做像素化处理，最后将光照模型效果与抖动效果处理相结合，进行抖动风格化效果实时渲染，实验表明本文提出的高性能实时像素化非真实感渲染方法与传统的像素化方法相比，降低了计算的时间复杂度，简化了调节步骤，提升了渲染效果。

近年来计算机图像的非真实感渲染已经成为计算机图形学领域的研究热点和难点[1]。随着动漫化渲染类游戏的兴起，人们开始不仅仅满足于基于物理的渲染，非真实感渲染逐渐进入市场成为主流。

其中，像素风格化是非真实感渲染中具有鲜明特色的一种渲染方式，同时像素风格化类游戏给予玩家一种不同于现实的明确抽离感，将不那么清晰的图案，赋予丰富的象征感，给予玩家更大的想象空间。

传统的像素类游戏制作需要美工进行大量UI 绘制， 需要人工将像素色块赋予给物体， 花费大量人力资源。

并且在制作3D 像素类游戏过程中需要考虑光线模型问题，无法实现实时的光线追踪像素化。本文主要通过优化边缘检测算子进行采样，实现高性能的实时像素化非真实感的渲染方法，同时基于抖动算法对像素化的物体进行风格化处理。

2. 相关工作 在当前CG 行业中，像素艺术风格已经成为了一种热门的艺术表现形式。“像素艺术”具有很强的表现能力。虽然相较于精致画风，像素画风略显简陋，但其传递和承载信息的能力也能表现较丰富的内容和剧情。而像素画风的最大优点，是制作成本远低于精致画风，表达效果好不逊色于精致画风。

20 世纪八十年代初期，计算机对图形数据的处理能力相对较弱，无法实现真实感的物理渲染效果。

为了解决这一问题，在游戏和电影领域采用了像素化技术。通过将图像数据分割成离散的块状元素，并且使用粗略的着色和渲染技术来降低计算复杂度，以实现更快的渲染速度和更高的图形帧率。

在非真实感渲染领域Q. Wang 提出了基于非真实感绘制的草图仿真技术仿真研究，对素描绘制方法和手绘风格的实现效果进行了研究。近年来，随着计算机硬件性能的不断提升和图形编程技术的不断改进，实时像素化渲染的效果和速度都得到了极大的提高。现代渲染管线和基于GPU 的硬件加速技术可以在短时间内完成实时渲染， 并且提供了更多的细节和艺术效果，使像素化渲染技术变得更加流行和普及。

关于像素化的非真实渲染方面的研究也已经越来越多。2013 年Takashi Kanai [2]介绍了一种基于像素化的边缘感知和轮廓线渲染方法，使用超像素分割的技术，基于SLIC (Simple Linear Iterative Clustering)算法，将颜色分割成多个局部区域，通过比较相邻区域的平均颜色信息得到最终的渲染结果。虽然SLIC算法在分割效果和处理速度上都有较好的表现，但仍存在超像素的形状和大小不规则，表现力不足。随后， 学者们对于像素化的着色模型边缘获取方法进行了更深入的探索。

2016 年Chi-Han Peng [3]提出将获取到的深度图分割成若干个大小相等的矩形区域，通过计算深度图中每个像素的坐标，并按照相应的坐标范围将像素分配到与其重叠的像素块中。

这种块状划分的方法可以有效地减少计算量并提高渲染速度，