竹子剪纸的CAD创作

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这是一个山东省的科技计划项目,项目主要内容是做剪纸CAD。

一、竹子的自然形态特征

为了让软件能够准确模拟出竹的形态,需要对竹的生长特性进行深入研究。竹子的种类很多,元代艺术家李衎在《竹谱详录》中记录了七卷多达几百品竹的形态特征。而进入民间艺术主题的竹子(如剪纸)形态则很统一,且具有一些归纳性的典型特征,这给CAD专用工具的开发提供了便利。
经过对常规品种的丛生细竹的观察分析,总结出竹的主要特征如下:
1) 竿。竿指竹的扎地主干。竿的直径下粗上细;竹节的长度根部短,到中间逐渐加长,到顶部复收短;竹节的直径比腰部宽约1/5;总节数为15~20节。
2) 枝。枝按位置有两种:一种是从竿的节部发出,称为“主枝”,另一种从主枝或其他枝的节部发出,统称“末枝”。主枝通常每节发二枝,分开约角度45~90度,沿竿排布方式为左右互生;主枝第一节较短,第二节突然加长一倍左右,然后逐渐收短到末尾。
3) 叶。竹叶通常在末枝端部丛生,一丛竹叶有3~7片,叶跟距较短,左右互生,角度约为90~150度;叶长比主枝节略长。
值得注意的是,艺术作品中常见的符号化的下垂状竹叶在竹的自然生长状态中并不常见。李衎在《竹谱详录》中记载的“乍雨”、“久雨”、“轻露”等几种状态符合这些符号的特征,应该是经过了一定的艺术处理。

二、单元表达

基于上述观察结果,进行竹的CAD创作首先要解决两个单元的形态生成,即竹节与竹叶。
竹只有这两个形态简单的单元,但是却能够展现出无尽的艺术魅力,除了单元的形态与位置的种种变化以外,整体的布局规划也是重要的创作对象。
采用如下技术进行单元的表达:
1) 为竹节和竹叶确定统一的结构表达模型;
2) 通过复制与变换产生多样化形态。

 图1 竹节与竹叶的单元形态

图1为竹节与竹叶的单元形态。竹节的形态由10个控制点控制;竹叶的形态由6个控制点控制。通过对控制点进行数学变换并加入随机因素可以得到多种不同的形态,避免了刻板的形象。数学变换的具体类型包括位移、旋转、比例、错切、扭转、弯曲等六种。

三、竹形态的组织与生成

1) 竹丛的生成
竹竿形态笔直,在竹叶的重力作用下会形成弯曲。丛生的竹的竹竿在数学上表现为同族曲线,有特殊的美感。
重力变形曲线形态的近似模拟方式有多种,可以采用一种较简单的迭代方法:从给定的第一个点和方向矢量开始,按等比递减的方式跨步,且每步偏离给定方向一个固定的小角度。以地面上某点为给定点,以垂直向上为给定方向,在方向和步长上加入随机因素,形成的竹丛路径如图2所示。

图2 竹丛路径

把竹节单元经过一定的数学变换后沿竹丛路径排布,得到的竹丛形态如图3所示。

 图3 竹丛形态

2) 主枝与末枝的生成
主枝与末枝的生成方法与竹竿一致,区别只在于起始点和方向的不同,可以采用相同的函数来实现,如图4所示。

 图4 主枝与末枝

3) 成簇竹叶的生成
采用统一的三叶组来表达成簇的竹叶,如图5所示。三叶组包括三片竹叶和一条末枝,其相互之间的关系在程序内部进行定义。

图5 三叶组形态

图6 三叶组的重力弯曲

图5所示的三叶组形态略显僵硬,因为竹叶比较直,且对称。而实际的竹叶在风吹、重力等因素的影响下会有一些弯曲变形。为了增加竹叶的生动性,为其添加了重力扭曲处理程序。重力的具体处理方式是:让竹叶从尖端到根部的控制点沿重力方向偏移不等的距离,离根部越远,偏离越大,根部的控制点则保持不变。重力变形处理后的三叶组形态如图6所示,隐有透视效果,为竹叶增添了空间感。给定不同的重力系数,可以让竹叶呈现出丰富的姿态。

四、竹剪纸结构的实现

上述竹的形态生成是基于竹的自然形态模拟完成的,在形成剪纸艺术作品时,还需要一些额外的工作。
1) 空间疏密处理
艺术家可能需要对自动生成的繁复竹丛图案做个性化处理,因此将这项工作留给了艺术家,因为计算机程序无法代替人的创意。软件平台为此提供了较方便的功能,使用鼠标即可完成。
2) 连续性问题
剪纸图案在切割时要求不能切断,对此程序使用边线设置来处理。将边线设置为底色,而有色的部分则可镂空切除。由此,边线之间可以保持连续状态,并且可以通过设定边线的宽度来满足艺术家不同的需求。
我们基于使用Visual Basic开发工具基于CorelDraw软件开发了竹形态剪纸设计的软件系统,并制作了若干实例进行验证。

五、实例

图7所示的竹丛设计采用了较为传统的方式,竹叶稀疏,方向下垂。这些特征可以在程序中通过对相应参数的设置来完成。

图7 竹丛设计图案

图8为遵循竹的自然生态的设计方法得到的图案。(a)和(b)采用了两种不同边线宽度。可以看到,(a)由于边线较窄,图案比较具象,而(b)则接近剪纸图案的常见形态;(c)为采用深底色的镂刻效果,这些效果都可方便的快速调出。

8(a)图8(a)
图8(b)图8(b)
图8(c)图8(c)

CAD技术的发展大大开拓了传统艺术创作的空间,把重复性工作交给计算机去处理,而保留了艺术家的创意和控制权。利用数字化技术可以很好的保持传统艺术的特性,并实现艺术创作与制作的分离,对传统艺术的发展有很大促进作用。

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  1. 已经是2008年的东西了,最近在打扫箱子底……

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