風格化繪畫程序

現代漫畫家過去大部分因受限於印刷技術關係，都是選擇沾水筆來勾勒線條 其中又以G筆尖最被漫畫家所喜愛，因為其筆尖具有相當大的彈性，輕壓就能畫 出較細的線條，而用力則會有粗線條的效果，漫畫家能夠隨心所欲掌控線條的變 化，使畫面更具有生命力與立體感。而後漫畫家的作畫元素越來越多變，也都不 會限制於特定的作畫工具，例如使用毛筆、麥克筆等等。在陰影的描繪上，漫畫 家也最普遍的方式是使用網點，而網點就是使用不同疏密大量的點作為色調的呈 現，點越密集色調越深，反之越疏離色調越淺。

要模擬各種漫畫家畫風其實是一件相當困難的問題。因此在本論文當中，我 們將針對特定漫畫家風格，模擬其繪圖手法、線條筆觸與構圖方式。

3.2 風格化繪畫程序

在這節部分，我們描述在繪製人物肖像漫畫的過程。在這我們以日本知名漫 畫家井上雄彥的畫風做為參考。其中包括模擬他所使用的畫筆、構圖、以及手法 呈現。

圖 3.2 井上雄彥繪畫流程圖

圖 3.2 中，描述了井上雄彥的繪畫流程，首先會先利用鉛筆打草稿，繪製人 臉基本架構與髮型草圖；接著根據草圖為臉部輪廓與頭髮上墨水線條，通常墨線 會比草圖來的細緻，透過粗細變化表現立體感，而畫家也常因描繪不同部位使用 不同的筆觸來作畫；最後，為了讓畫面看起來更細膩，以及表現陰影的明暗變化，

畫家會使用素描中畫影線（Hatching）技巧，透過重疊交錯的線條，作細部的影

描繪分為三個部分來做處理，分別是臉部輪廓的勾勒、頭髮的繪製、以及陰影的 明暗表現。

日本流行的漫畫風格，尤其是少女漫畫，通常是以白色調爲主，其勾勒人物 的線條是重點，不以填充畫面爲目的，不重視顔色深淺。而與之相反的正是井上 雄彥畫風特點，如圖 3.3，其以黑色調為主色調，填充畫面、強調明暗的對比、

顔色深淺分明，使畫面看起來更為突出。而人物五官、輪廓、陰影分佈上較屬於 寫實派的畫風。而井上雄彥在這些作畫流程當中，全程是以圭筆來作畫。用其來 控制線條粗細比起傳統的沾水筆更具有變化，而其作畫習慣也都是採用全墨

（Full-Ink）來勾勒線條，因此沒有墨色漸變淡、或乾刷的效果。繪圖細節部分 如圖 3.4(a)在繪製影線時，常使用較細短、高密度平行線來作陰影明暗對比的 描繪。圖 3.4(b)中，不難看出扣除影線對於眼睛部分的描繪，是使用單一具有 粗細變化的線條來勾勒輪廓。圖 3.4(c)中，使用較粗的規筆，針對頭髮髮順方 向一一描繪出每一根髮絲，其中也有畫出 Highlight 的效果。

圖 3.3 井上雄彥作品

圖 3.4 井上雄彥繪圖細節 (a)影線的繪製 (b) 輪廓的勾勒 (c)髮絲的描繪

CHAPTER 4 人臉肖像生成

在本章當中，我們將描述如何模擬井上雄彥使用墨筆勾勒，包括臉部輪廓與 頭髮線條的描繪。首先介紹我們所提出的筆刷模型，接著說明基於此筆刷模型的 人臉肖像繪圖。圖 4.1 中，為我們所提出的人臉肖像繪製流程圖。開始，我們將 輸入的人臉影像分成兩個物件，頭髮與臉部，接著透過使用者輸入臉部的特徵點

（Feature Point）與頭髮骨架（Hair Skeleton）後，系統會根據此資訊分別產生具 有井上雄彥風格的勾勒影像（Sketching Image）。

而本章的架構中，我們在 4.1 節中，會介紹我們所模擬的筆刷模型：圭筆。

接著我們分別在 4.2 節和 4.3 節描述筆刷在臉部和頭髮的繪圖演算法，其中包括 使用者輸入和參數設定的部分。在 4.2 節中，我們將透過臉部特徵點，定義臉部 各元件的線條參數，並把結果合併產生臉部的描繪；在 4.3 節中，我們根據使用 者輸入的頭髮骨架和其定義的光源資訊，產生具有 Highlight 效果的頭髮描繪。

最後將此兩部分做結合，產生一張漫畫人臉的勾勒影像。

圖 4.1 人臉肖像生成流程圖

4.1 筆刷模型:圭筆

在傳統漫畫製作中，漫畫家習慣全程以沾水筆與網點來創作，而井上雄彥則 打破傳統，偏愛用圭筆來作線條勾勒，豐富的線條變化可畫出飽滿的氣勢卻又不 失細膩的筆觸，而本節即是描述如何模擬圭筆的筆觸。圭筆可作為最細的毛筆，

通常使用在較細緻的線條上，可用來勾勒出完滿的結構線，作為完稿之用。而圭 筆在使用上也具有毛筆特性，會根據使用者筆觸壓力大小的改變控制線條粗細；

而圭筆沾墨後畫在漫畫完稿紙上，墨水並不會因而擴散渲染；加上井上雄彥習慣 以全墨（Full-Ink）繪製線條，所以墨色沒有漸淡或乾筆刷的效果。基於以上特 性，所勾勒出來的線條是相當明確且粗細富變化。

在這我們的方法是參考[Weng 1999; Ho 2005]所提出的筆刷模型。在只考慮 線條寬度變化特性上建立筆刷模型。如圖 4.2，我們使用了連續的平面圓形來模 擬圭筆尖頭與漫畫完稿紙的接觸區域，當作運筆的軌跡。接著我們根據畫家在勾 勒線條時，通常在線條轉彎弧度較大處會畫出較粗的線條，反之較細的這種特性，

來描述勾勒線條時筆觸壓力所造成粗細變化公式，在線條中每個接觸圓半徑會隨 著連續點的切線變化量做改變。

圖 4.2 連續圓形模擬運筆軌跡 (a)較稀疏的接觸圓 (b)較密集

圖 4.3 運筆的接觸圓半徑變化

θ示意圖

我們修改[Ho 2005 Eq. 4.1，當 u 介於S 與S 之 間，其半徑的變化完全依照線條弧度變化量做改變 另外當 u 分別落在 0 到S 與

到1 之間時， ，讓線條在起始與尾端的

半徑變化看起來更加平順。在圖 中，列出幾條不同參數控制的線條範例。

(a) 原始曲線路徑

(b) =2, =1, =0, (c) =3, =8, =0, =1, S =0.2, S =0.8 =5, S =0.2, S =0.8

圖 4.5 線條範例 圖 4.4

]中所定義的筆刷模型公式得到

； 我們將其半徑變化做一個二次方的內插

4.5 S

總結，我們可以透過簡單的幾個參數

條變化，方便用於不同元件的勾勒，作為創造漫畫藝術作品的基本工具。

, , , 的設定來控制線

4.2 臉部肖像描繪系統

發現模型（Active Appearance Model, AM)技術或主動形狀模型（Active Shape Model, ASM）來搜尋臉部特徵點，但

的多變性，目前仍然沒有一個通用的方法來搜索 特徵

圖 4.6 特徵點分佈 (a)本系統所定義臉部特徵點 (b)各元件特徵點數 本節主要說明如何勾勒臉部各元件的線條。人臉五官的 製佔了 當重要

作大致上描繪，目的是將臉部

上，我們參考[Chiang et al.2004]中所定義的臉部特徵點，作為我們線條勾勒 的依據，由於井上雄彥的畫風較屬於寫實派的，因此我們這裡不需要更動特徵點

們利用這些特徵點在臉部各元件的對應關係，定義出

圖 4

‹

中，我們只定義兩條左右對稱的線

。由於漫畫家在畫鼻子時，通常喜歡用陰影的明暗變化來呈現鼻子的形狀，

此在這我們只需畫出鼻孔的線條。

= = =2

‹ 嘴唇元件

在嘴唇元件中有兩個子元件，上嘴唇與下嘴唇，分別包含各 12 個特徵點。

如圖 4.10 中，分別定義了各兩條線條來描繪上、下嘴唇。通常漫畫家在勾 勒嘴唇時，只會輕輕地勾勒嘴唇的外圍輪廓，另外習慣將中間唇縫用較明顯 的線條呈現，因此我們利用這樣特性來設定線條參數。

圖 4.10 嘴唇部分 唇縫線 =5, =10, =10, =5 輪廓線 =3, =0, =0, =1 .8 眼睛元件 上眼瞼 =30, =40, =0, =5

下眼瞼 =10, =20, =20, =10 鼻子元件

在鼻子元件中包含 8 個特徵點。如圖 4.9 條

因

圖 4.9 鼻子元件 2, 5, =2,

‹ 臉部輪廓

。如圖 4.11 中，我們定義三條線段來

圖 4.11 臉部輪廓 兩側線條 =8, =10, =5, =15

=1 5, =15

元件

在臉部輪廓元件中包含了

描述，分別是兩側臉頰和下巴的描繪。

20 個特徵點

下巴線條 0, =5, =

最後把臉部各元件合併，即完成了臉部勾勒，如圖 4.12。

圖 4.12 臉部勾勒完成圖

3 頭

影響，例如 風吹動頭髮，因此我們在髮根部分做較小的擾動，而髮尾端部分做較大擾動，以 求可以產生較自然的頭髮繪製。

4.3.2 輸入光源

接著我們為了能讓頭髮產生具有 Highlight 效果的描繪，我們必須要有光源 的資訊，在此我們提供一個簡單的點光源使用者輸入介面，能夠快速設定影像中 光源的參數。而演算法部分我們是針對之前所建立的每根髮絲來對應單個或多個 點光源做計算。一般而言，漫畫家常用不規則羽狀來描繪頭髮 Highlight 的效果，

而在光源影響範圍內的髮絲會較細，反之則會較粗。因此根據上述特性，系統事 資訊，藍色區域代表光源的影響範圍，而中間紅色區域代表 Highlight 效果的範 圍。而圖 4.14(b)中，顯示了一塊頭髮曲面 ）在未受光源影響下的描繪結 果，因此也不會具有 Highlight 效果。而圖 4.15(a)中顯示一塊頭髮曲面受到光源 影響下所產生的 Highlight 效果。

決定好每根髮線路徑後，接著我們會給予每條路徑做些許擾動。這是因為要 頭髮髮絲的生長路徑並不是有規律、排列整齊的狀況，所以一般來講我們會將線 性內插出來的軌跡做擾動，而又考慮到髮絲可能會受到一些物理因素

（Patch

圖 4.14 光源與髮絲對應關係 (a)光源與每根髮絲路徑的關係

擾動後，會產生較自然手繪效果。

圖 4.15 對光源影響範圍做擾動 (a)擾動後 (b)未擾動

4.3.3 頭髮描繪過程

完成前面的使用者輸入後，接著說明主要繪製頭髮的演算法。主要概念是經 由計算光源對於在每根髮絲軌跡上的連續接觸圓半徑變化，當光源離髮絲越靠近 時，其接觸圓就會越小，反之離光源越遠接觸圓就越大。如未設定光源或超出光 源影響範圍時，其髮絲將維持原有線條寬度，如圖 4.16。

(b)在未受光源影響下的頭髮描繪結果

由於髮絲和光源的定義都是在二維平面上，且光源是使用圓形區域當作光源 影響範圍，因此會造成高光區域太整齊的描繪效果，所以我們針對光源的影響範 圍做一些擾動，如圖 4.15，在做完

關係來重新定義髮

關係來重新定義髮