艺术风格生成是计算机视觉和和图形学中一个崭新的课题,其以计算机为工具,搭建各种数学模型并设计各种算法,来模拟艺术的风格效果,并在电影制作、动漫设计、游戏娱乐、文化教育、数字文化遗产保护方面取得了广泛的应用。然而,由于艺术类型的多样性及其创作过程的复杂性使得如何创建新的尤其是原创性的艺术形式一直是艺术风格生成研究面临的挑战性问题。因此,本文以乱针绣这一新型现代中国刺绣艺术的传承与保护为应用背景,根据乱针绣艺术风格和创作手法的矢量点阵耦合性、针法样式多样性和绣制粒度变化性特点,首次提出了以支持对其风格效果模拟为目标的乱针绣风格生成技术框架,并对框架中所涉及的风格基元的定义与生成、视觉内容抽象以及内容匹配与风格合成等方面进行深入而系统的研究,取得的创新性成果主要包括以下几个方面:(1)提出一种矢量与点阵相结合的针法定义与生成方法。该方法采用分而治之的思想,将乱针绣绣面中复杂的绣线组织样式分解为由一组绣线组合所构成的多样风格基元一“针法”,并在相互依赖的矢量和点阵两个空间中定义和生成针法。其中在矢量空间(绣布空间),本文设计了以交叉针为构成单元的绣线矢量聚集模型,从朝向一致性、方向度、平均长度、密度和粗细层次等多个方面定义和描述了复杂多变的绣线聚集样式:在点阵空间(画布空间),本文将针法绘制方法与其聚集方式结合起来,针对不同绣线聚集形式分别设计了扫描线绘制、多核图像卷积滤波、图像锐化等一系列绘制策略生成了独具线条美与质地感的多样风格针法;最后,依据针法风格差异对生成的针法进行层次化组织并构建了相应的针法词典对其进行统一表示,从而,有效建立了点阵视觉效果与乱针绣交叉重叠绣制风格间的内在联系。(2)提出了一种基于维诺图和颜色子集选择的乱针绣视觉内容抽象方法。该方法以乱针绣创作中常用的数字图像形式的参考视觉作品稿本为输入,在提取稿本区域色块及其视觉特征信息的基础上采用中心维诺图将区域进一步划分为具有不同大小和朝向的子区域并整合相关视觉特征信息对每个子区域进行表示,实现了满足局部细节、方向控制需要的区域变粒度划分和表示;进而提出了一种基于颜色熵排序的图像颜色量化算法从指定的绣线颜色库中选择合适的绣线颜色子集,并据此对每个子区域颜色进行表示满足了乱针绣绣制颜色受限性要求,从而,构造了以区域色块和视觉特征为基础的由粗到精的层次结构对输入视觉稿本内容进行抽象描述,满足了乱针绣风格生成过程对信息描述粒度的动态变化要求,为后续针法选择和排布提供线索和依据。(3)提出了一种基于稀疏表示与图割优化的乱针绣内容映射与风格合成方法。该方法以针法为媒介实现视觉稿本内容到乱针绣风格的映射,通过在映射过程中引入稀疏表示思想,自适应选择针法词典中基的最优线性组合以表现不同的视觉内容,从而在不需要定义完备针法库的前提下实现了有限针法实例与多样视觉内容间的自适应匹配;在风格合成阶段,该方法采用基于图割优化的纹理合成方法确定相邻针法重叠区域间的最优拼接路径,并通过引入绣线连续性约束保证了绣线纹理的连续性。该方法增强了内容映射的适应性,满足了乱针绣以灵活多变针法保持再现稿本内容的特点,并能够得到无人工痕迹的乱针绣艺术风格生成结果。