非真实感绘制(Non-Photorealistic Rendering,NPR)是计算机技术与绘画艺术相结合的一个研究领域,其主要内容是用计算机的软硬件来模拟各种艺术式的绘制风格来产生各种动画效果。近年来,随着计算机技术的不断进步,非真实感绘制在卡通动画领域的应用越来越广,其中对卡通烟雾、卡通云和卡通爆炸效果的模拟是一个比较活跃的研究方向。目前已有学者提出一些用计算机自动实现手绘卡通烟雾与卡通云效果的方法,但对手绘卡通爆炸效果的计算机模拟绘制仍然没有一个完整的系统。本文在卡通烟雾建模技术的基础上,对卡通爆炸效果的建模与绘制技术进行了深入的研究,提出了一个比较完整的卡通爆炸效果绘制系统,从而实现了对传统手绘卡通爆炸效果的计算机模拟绘制。本文提出的系统首先对手绘卡通爆炸的动画序列及其动态规律进行了分析,并在这个基础上建立一个卡通爆炸效果的动态骨架,沿着该动态骨架绘制出不同类型和颜色的烟雾基元,最后自动形成卡通爆炸效果的动画序列。本系统总体上可以分为建模及绘制两方面,卡通爆炸效果的建模基于卡通烟雾建模,主要包括三个阶段:爆炸预备、迅速爆炸和弥散过程。在爆炸的不同阶段,烟雾基元的形状各异,因此系统需要分别就三个阶段建立相应的烟雾基元,对这些烟雾基元进行归类,确定其静态形状和动态变化规律;卡通爆炸特效的绘制主要是烟雾基元的着色和爆炸的一个动态实现问题,对于烟雾的着色,由于系统包括多种非规则的多边形基元,在此引入多种填色算法如三角化算法,而动态的实现主要介绍烟雾基元的保存、更新、重绘等。同时,系统在控制参数中引入随机分量,使得生成的卡通爆炸特效在整体上相似,但局部有不相同的变化。在实现参数化控制的基础上,系统可以控制其爆炸的起始位置、大小、变化速度等,控制运动轨迹可以生成不同效果的爆炸模型。该系统的研究在卡通动画、游戏等领域有广泛的应用前景。