基于Android的手写毛笔图形APP的设计实现

刘裕拯 黄政 欧阳乐 张宝鑫

摘 要在智能手机庞大的应用软件市场中，从照片涂鸦到随手笔记，绘板类APP作为重要的娱乐软件丰富了我们的生活。本文提出了一款基于Android平台的毛笔仿真效果的手写APP，使我们能够在手写时生成具有毛笔仿真笔迹效果的图片，并予以保存、发送。同时设计了软件的外观，描述了实现此APP的算法技术。

【关键词】Android 绘板 手写 毛笔仿真

随着智能手机应用软件市场的不断扩大，绘板类APP也越来越多。从一开始的简单涂鸦到手绘软件，人们对于绘画的娱乐性与艺术性的要求也与日俱增。本文设计提出了一款基于Android的仿毛笔效果的手写APP，它类似于常见的绘板软件，同时会将我们的手写笔迹转变为毛笔风格，使之更具娱乐性与艺术性。

1 应用市场

目前各类应用市场上的绘板类APP，大多受到用户的好评，其大致可以分为以下三类：相册涂鸦类，随笔绘板类，专业绘板类。其中，第一类软件功能简单，可玩性不强，多用于朋友圈照片分享；第三类软件，如SBM（Autodesk SketchBook Mobile）功能强大，操作复杂，上手难度高，可用于制作精美的绘画以及图片的细节修改；而第二类，诸如各类记事本软件，可以轻松涂鸦，方便记事，产生了许多小而美的软件，本文所设计的软件即属此类。

2 软件说明

此款APP是运行在Android平台上的单机独立软件。基于Android4.1版本开发，在Android5.0版本上也测试通过。通过模拟毛笔书写效果，起到了对手写笔画优化的作用，生成了具有毛笔书写效果的图片，保存在系统默认的根目录下，详细位置为：/scard0/picture，用户可在智能机的相册中轻松找到当前的手写绘图作品。

3 简要设计

3.1 界面设计

为了追求精简干净，绘图界面设计成倒T字形，整个界面中只有底部有常驻工具栏，提供基本的操作按钮，右侧为滑动窗口小图标。为了回避按钮较多造成的不美观，设计时放弃了较多的按钮，只提供了，即时分享，保存绘画，清除绘画三个个按钮。手机全屏全部是绘画区，而且最底部的工具栏采用透明设计，这样可以将绘画区的面积最大化，使手写的感觉更加舒适。

3.2 功能设计

为了是此款独立软件使用起来更加方便，功能上设计了两个滑动窗口。一个是底部滑动窗口，一个是右侧滑动窗口。其中，底部滑动窗口可向上滑动，提供绘制的图片预览功能，相当于相册。同时设计了点击预览图片跳转到相册，长按图片可删除的功能，这样既可以快速删除，也可以充分调用手机自带相册的其他功能。而右侧设计实现的滑动菜单，为了补充绘画功能，提供了笔触调节的功能，如：笔画粗细调节，笔墨浓淡设置，橡皮擦，撤销上一步操作等。使软件功能更加完整。

4 技术实现

由于此款APP是Android上的单机软件，软件体积应尽量小，所以我们并没有采用庞大的笔画库设计，将用户的手写笔迹与数据库中的笔画进行匹配，而是直接对手写笔迹进行取样、参数调整、后台处理、图形回显等一系列操作产生仿真图像。

毛笔效果说明：毛笔笔尖一般是由兽毛扎成束状，其下笔并不如铅笔一样是单一轨迹，因而下笔会有一定程度的纵深与侧倾。在这里，纵深定义为毛笔笔尖各簇毛须所产生的效果。侧倾定义为毛笔非垂直绘画时，由笔杆侧倾产生的局部墨水偏浓，笔画肥厚的效果。

5 效果模拟

5.1 纵深效果

为了方便叙述，我们定义如图1所示的ABCD这样四个点。

其中AB方向为绘制方向，CD方向与AB方向垂直。假设点C到线段AB的距离为2个单位长度（这个长度由笔画粗细决定，可以人为设置），那么点D到线段AB的距离应该与C相近，但不相等，如2.3或2.5个单位长度，这个数值通过手写的按压面积获取，并进行一定的处理。

在手写过程中，线段AB是我们所能实际捕捉到的轨迹。为了模拟毛笔的纵深效果，我们将在线段CD的长度范围内，作线段AB的平行线（严格的说并不是平行线而且大多数都不是平行线），并通过对这些平行线的数目及分布进行合理调整，来达到目的，如图2所示。即在线段AB周围离散地分布一组线段来模拟毛笔的笔须，当这一组线段的数目足够多，并且位置足够合理的时候，就能达到仿真毛笔笔迹的效果。

5.2 侧倾效果

当自由绘制的时候，笔画路径显然不如上述规整。为方便叙述，我们假设前一个笔画路径的取样点为O，现在正在绘制的取样点为P，P为侧倾效果产生后实际绘制的点，即将绘制出的点为Q。并以点P为圆心，绘制一个指定半径的圆，这个半径由笔画的粗细决定，可以在软件的右滑菜单中人为调节。如图3所示。

在手写过程中，我们对手写笔画进行取样。当点Q绘制成功的时候，通过计算点OPQ之间的夹角，决定P的位置，并绘制OP，Q P线段。为了防止生成的图像变形，点P有相当高的概率落在以P为圆心的指定的圆中，在测试的算法中，这个概率在90%以上。当单位线段上，取样点恰当时，可以较好的达到仿真笔迹的效果。这里需要特别说明的是，取样点不能太多，太多会导致笔迹没有浓淡差别。

6 结论

综上所述，为补充手写绘板的娱乐性与艺术性，本文设计提出了一款基于Android平台的手写毛笔图形生成APP，并给出了模拟笔触的关键算法。该软件界面精简，操作简单，可玩性强，具有良好的娱乐性。

参考文献

[1]张海江.中国水墨画仿真中几个关键问题的研究[D].天津大学，2004.

[2]陈露开.基于轮廓方法的实时手写美化技术及应用[D].华南理工大学，2014.

[3]熊文阔.基于Android平台手机图形编辑软件的设计与实现[D].北京邮电大学，2011.

作者简介

刘裕拯（1995-），男，现为四川大学本科生。计算机科学与技术专业。

作者单位

四川大学计算机学院 四川省成都市 610207