基于Android的手寫毛筆圖形APP的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

劉裕拯 黃政 歐陽(yáng)樂(lè) 張寶鑫

摘 要在智能手機(jī)龐大的應(yīng)用軟件市場(chǎng)中，從照片涂鴉到隨手筆記，繪板類APP作為重要的娛樂(lè)軟件豐富了我們的生活。本文提出了一款基于Android平臺(tái)的毛筆仿真效果的手寫APP，使我們能夠在手寫時(shí)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(shí)設(shè)計(jì)了軟件的外觀，描述了實(shí)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(jī)應(yīng)用軟件市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，繪板類APP也越來(lái)越多。從一開(kāi)始的簡(jiǎn)單涂鴉到手繪軟件，人們對(duì)于繪畫的娛樂(lè)性與藝術(shù)性的要求也與日俱增。本文設(shè)計(jì)提出了一款基于Android的仿毛筆效果的手寫APP，它類似于常見(jiàn)的繪板軟件，同時(shí)會(huì)將我們的手寫筆跡轉(zhuǎn)變?yōu)槊P風(fēng)格，使之更具娛樂(lè)性與藝術(shù)性。

1 應(yīng)用市場(chǎng)

目前各類應(yīng)用市場(chǎng)上的繪板類APP，大多受到用戶的好評(píng)，其大致可以分為以下三類：相冊(cè)涂鴉類，隨筆繪板類，專業(yè)繪板類。其中，第一類軟件功能簡(jiǎn)單，可玩性不強(qiáng)，多用于朋友圈照片分享；第三類軟件，如SBM（Autodesk SketchBook Mobile）功能強(qiáng)大，操作復(fù)雜，上手難度高，可用于制作精美的繪畫以及圖片的細(xì)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(shè)計(jì)的軟件即屬此類。

2 軟件說(shuō)明

此款A(yù)PP是運(yùn)行在Android平臺(tái)上的單機(jī)獨(dú)立軟件。基于Android4.1版本開(kāi)發(fā)，在Android5.0版本上也測(cè)試通過(guò)。通過(guò)模擬毛筆書寫效果，起到了對(duì)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(rèn)的根目錄下，詳細(xì)位置為：/scard0/picture，用戶可在智能機(jī)的相冊(cè)中輕松找到當(dāng)前的手寫繪圖作品。

3 簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)

3.1 界面設(shè)計(jì)

為了追求精簡(jiǎn)干凈，繪圖界面設(shè)計(jì)成倒T字形，整個(gè)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(dòng)窗口小圖標(biāo)。為了回避按鈕較多造成的不美觀，設(shè)計(jì)時(shí)放棄了較多的按鈕，只提供了，即時(shí)分享，保存繪畫，清除繪畫三個(gè)個(gè)按鈕。手機(jī)全屏全部是繪畫區(qū)，而且最底部的工具欄采用透明設(shè)計(jì)，這樣可以將繪畫區(qū)的面積最大化，使手寫的感覺(jué)更加舒適。

3.2 功能設(shè)計(jì)

為了是此款獨(dú)立軟件使用起來(lái)更加方便，功能上設(shè)計(jì)了兩個(gè)滑動(dòng)窗口。一個(gè)是底部滑動(dòng)窗口，一個(gè)是右側(cè)滑動(dòng)窗口。其中，底部滑動(dòng)窗口可向上滑動(dòng)，提供繪制的圖片預(yù)覽功能，相當(dāng)于相冊(cè)。同時(shí)設(shè)計(jì)了點(diǎn)擊預(yù)覽圖片跳轉(zhuǎn)到相冊(cè)，長(zhǎng)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(jī)自帶相冊(cè)的其他功能。而右側(cè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的滑動(dòng)菜單，為了補(bǔ)充繪畫功能，提供了筆觸調(diào)節(jié)的功能，如：筆畫粗細(xì)調(diào)節(jié)，筆墨濃淡設(shè)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(shí)現(xiàn)

由于此款A(yù)PP是Android上的單機(jī)軟件，軟件體積應(yīng)盡量小，所以我們并沒(méi)有采用龐大的筆畫庫(kù)設(shè)計(jì)，將用戶的手寫筆跡與數(shù)據(jù)庫(kù)中的筆畫進(jìn)行匹配，而是直接對(duì)手寫筆跡進(jìn)行取樣、參數(shù)調(diào)整、后臺(tái)處理、圖形回顯等一系列操作產(chǎn)生仿真圖像。

毛筆效果說(shuō)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(huì)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(shí)，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(gè)點(diǎn)。

其中AB方向?yàn)槔L制方向，CD方向與AB方向垂直。假設(shè)點(diǎn)C到線段AB的距離為2個(gè)單位長(zhǎng)度（這個(gè)長(zhǎng)度由筆畫粗細(xì)決定，可以人為設(shè)置），那么點(diǎn)D到線段AB的距離應(yīng)該與C相近，但不相等，如2.3或2.5個(gè)單位長(zhǎng)度，這個(gè)數(shù)值通過(guò)手寫的按壓面積獲取，并進(jìn)行一定的處理。

在手寫過(guò)程中，線段AB是我們所能實(shí)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(zhǎng)度范圍內(nèi)，作線段AB的平行線（嚴(yán)格的說(shuō)并不是平行線而且大多數(shù)都不是平行線），并通過(guò)對(duì)這些平行線的數(shù)目及分布進(jìn)行合理調(diào)整，來(lái)達(dá)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(lái)模擬毛筆的筆須，當(dāng)這一組線段的數(shù)目足夠多，并且位置足夠合理的時(shí)候，就能達(dá)到仿真毛筆筆跡的效果。

5.2 側(cè)傾效果

當(dāng)自由繪制的時(shí)候，筆畫路徑顯然不如上述規(guī)整。為方便敘述，我們假設(shè)前一個(gè)筆畫路徑的取樣點(diǎn)為O，現(xiàn)在正在繪制的取樣點(diǎn)為P，P為側(cè)傾效果產(chǎn)生后實(shí)際繪制的點(diǎn)，即將繪制出的點(diǎn)為Q。并以點(diǎn)P為圓心，繪制一個(gè)指定半徑的圓，這個(gè)半徑由筆畫的粗細(xì)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(guò)程中，我們對(duì)手寫筆畫進(jìn)行取樣。當(dāng)點(diǎn)Q繪制成功的時(shí)候，通過(guò)計(jì)算點(diǎn)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(diǎn)P有相當(dāng)高的概率落在以P為圓心的指定的圓中，在測(cè)試的算法中，這個(gè)概率在90%以上。當(dāng)單位線段上，取樣點(diǎn)恰當(dāng)時(shí)，可以較好的達(dá)到仿真筆跡的效果。這里需要特別說(shuō)明的是，取樣點(diǎn)不能太多，太多會(huì)導(dǎo)致筆跡沒(méi)有濃淡差別。

6 結(jié)論

綜上所述，為補(bǔ)充手寫繪板的娛樂(lè)性與藝術(shù)性，本文設(shè)計(jì)提出了一款基于Android平臺(tái)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(jiǎn)，操作簡(jiǎn)單，可玩性強(qiáng)，具有良好的娛樂(lè)性。

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作者簡(jiǎn)介

劉裕拯（1995-），男，現(xiàn)為四川大學(xué)本科生。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。

作者單位

四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 四川省成都市 610207