基于Android的手寫毛筆圖形APP的設計實現(xiàn)

劉裕拯 黃政 歐陽樂 張寶鑫

摘 要在智能手機龐大的應用軟件市場中，從照片涂鴉到隨手筆記，繪板類APP作為重要的娛樂軟件豐富了我們的生活。本文提出了一款基于Android平臺的毛筆仿真效果的手寫APP，使我們能夠在手寫時生成具有毛筆仿真筆跡效果的圖片，并予以保存、發(fā)送。同時設計了軟件的外觀，描述了實現(xiàn)此APP的算法技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】Android 繪板 手寫 毛筆仿真

隨著智能手機應用軟件市場的不斷擴大，繪板類APP也越來越多。從一開始的簡單涂鴉到手繪軟件，人們對于繪畫的娛樂性與藝術(shù)性的要求也與日俱增。本文設計提出了一款基于Android的仿毛筆效果的手寫APP，它類似于常見的繪板軟件，同時會將我們的手寫筆跡轉(zhuǎn)變?yōu)槊P風格，使之更具娛樂性與藝術(shù)性。

1 應用市場

目前各類應用市場上的繪板類APP，大多受到用戶的好評，其大致可以分為以下三類：相冊涂鴉類，隨筆繪板類，專業(yè)繪板類。其中，第一類軟件功能簡單，可玩性不強，多用于朋友圈照片分享；第三類軟件，如SBM（Autodesk SketchBook Mobile）功能強大，操作復雜，上手難度高，可用于制作精美的繪畫以及圖片的細節(jié)修改；而第二類，諸如各類記事本軟件，可以輕松涂鴉，方便記事，產(chǎn)生了許多小而美的軟件，本文所設計的軟件即屬此類。

2 軟件說明

此款APP是運行在Android平臺上的單機獨立軟件?；贏ndroid4.1版本開發(fā)，在Android5.0版本上也測試通過。通過模擬毛筆書寫效果，起到了對手寫筆畫優(yōu)化的作用，生成了具有毛筆書寫效果的圖片，保存在系統(tǒng)默認的根目錄下，詳細位置為：/scard0/picture，用戶可在智能機的相冊中輕松找到當前的手寫繪圖作品。

3 簡要設計

3.1 界面設計

為了追求精簡干凈，繪圖界面設計成倒T字形，整個界面中只有底部有常駐工具欄，提供基本的操作按鈕，右側(cè)為滑動窗口小圖標。為了回避按鈕較多造成的不美觀，設計時放棄了較多的按鈕，只提供了，即時分享，保存繪畫，清除繪畫三個個按鈕。手機全屏全部是繪畫區(qū)，而且最底部的工具欄采用透明設計，這樣可以將繪畫區(qū)的面積最大化，使手寫的感覺更加舒適。

3.2 功能設計

為了是此款獨立軟件使用起來更加方便，功能上設計了兩個滑動窗口。一個是底部滑動窗口，一個是右側(cè)滑動窗口。其中，底部滑動窗口可向上滑動，提供繪制的圖片預覽功能，相當于相冊。同時設計了點擊預覽圖片跳轉(zhuǎn)到相冊，長按圖片可刪除的功能，這樣既可以快速刪除，也可以充分調(diào)用手機自帶相冊的其他功能。而右側(cè)設計實現(xiàn)的滑動菜單，為了補充繪畫功能，提供了筆觸調(diào)節(jié)的功能，如：筆畫粗細調(diào)節(jié)，筆墨濃淡設置，橡皮擦，撤銷上一步操作等。使軟件功能更加完整。

4 技術(shù)實現(xiàn)

由于此款APP是Android上的單機軟件，軟件體積應盡量小，所以我們并沒有采用龐大的筆畫庫設計，將用戶的手寫筆跡與數(shù)據(jù)庫中的筆畫進行匹配，而是直接對手寫筆跡進行取樣、參數(shù)調(diào)整、后臺處理、圖形回顯等一系列操作產(chǎn)生仿真圖像。

毛筆效果說明：毛筆筆尖一般是由獸毛扎成束狀，其下筆并不如鉛筆一樣是單一軌跡，因而下筆會有一定程度的縱深與側(cè)傾。在這里，縱深定義為毛筆筆尖各簇毛須所產(chǎn)生的效果。側(cè)傾定義為毛筆非垂直繪畫時，由筆桿側(cè)傾產(chǎn)生的局部墨水偏濃，筆畫肥厚的效果。

5 效果模擬

5.1 縱深效果

為了方便敘述，我們定義如圖1所示的ABCD這樣四個點。

其中AB方向為繪制方向，CD方向與AB方向垂直。假設點C到線段AB的距離為2個單位長度（這個長度由筆畫粗細決定，可以人為設置），那么點D到線段AB的距離應該與C相近，但不相等，如2.3或2.5個單位長度，這個數(shù)值通過手寫的按壓面積獲取，并進行一定的處理。

在手寫過程中，線段AB是我們所能實際捕捉到的軌跡。為了模擬毛筆的縱深效果，我們將在線段CD的長度范圍內(nèi)，作線段AB的平行線（嚴格的說并不是平行線而且大多數(shù)都不是平行線），并通過對這些平行線的數(shù)目及分布進行合理調(diào)整，來達到目的，如圖2所示。即在線段AB周圍離散地分布一組線段來模擬毛筆的筆須，當這一組線段的數(shù)目足夠多，并且位置足夠合理的時候，就能達到仿真毛筆筆跡的效果。

5.2 側(cè)傾效果

當自由繪制的時候，筆畫路徑顯然不如上述規(guī)整。為方便敘述，我們假設前一個筆畫路徑的取樣點為O，現(xiàn)在正在繪制的取樣點為P，P為側(cè)傾效果產(chǎn)生后實際繪制的點，即將繪制出的點為Q。并以點P為圓心，繪制一個指定半徑的圓，這個半徑由筆畫的粗細決定，可以在軟件的右滑菜單中人為調(diào)節(jié)。如圖3所示。

在手寫過程中，我們對手寫筆畫進行取樣。當點Q繪制成功的時候，通過計算點OPQ之間的夾角，決定P的位置，并繪制OP，Q P線段。為了防止生成的圖像變形，點P有相當高的概率落在以P為圓心的指定的圓中，在測試的算法中，這個概率在90%以上。當單位線段上，取樣點恰當時，可以較好的達到仿真筆跡的效果。這里需要特別說明的是，取樣點不能太多，太多會導致筆跡沒有濃淡差別。

6 結(jié)論

綜上所述，為補充手寫繪板的娛樂性與藝術(shù)性，本文設計提出了一款基于Android平臺的手寫毛筆圖形生成APP，并給出了模擬筆觸的關(guān)鍵算法。該軟件界面精簡，操作簡單，可玩性強，具有良好的娛樂性。

參考文獻

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作者簡介

劉裕拯（1995-），男，現(xiàn)為四川大學本科生。計算機科學與技術(shù)專業(yè)。

作者單位

四川大學計算機學院 四川省成都市 610207