基于不同維度間特征轉(zhuǎn)移的建模方法.pdf

1、于不同維度間進(jìn)行特征轉(zhuǎn)移的思想能引導(dǎo)出包括圖像編輯和幾何重建在內(nèi)的許多計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的建模問題的解決方法．通過將原始數(shù)據(jù)的特征轉(zhuǎn)移到另一個維度，我們常常能發(fā)現(xiàn)某些隱藏的信息，而這些信息對我們解決問題往往能發(fā)揮關(guān)鍵的作用．本文的各項(xiàng)工作都受到該思想的啟發(fā)．我們將特征轉(zhuǎn)移的方法論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，對基于圖像語義內(nèi)容的參數(shù)式建模，基于紋理合成的三維形狀外觀建模，以及實(shí)時的數(shù)字淺浮雕建模這三個問題進(jìn)行了研究．
　　 我們首先利用二維到三維

2、的特征轉(zhuǎn)移方法解決了一個針對圖像內(nèi)容建模的新問題：保持真實(shí)感的重塑單張圖像中的人物體型．用戶使用目前的專業(yè)圖像編輯軟件來進(jìn)行體型重塑往往需要執(zhí)行上百次的局部編輯操作才能獲得一個可接受的重塑效果；由于希望達(dá)成的重塑效果很難事先進(jìn)行視覺想象與估計(jì)，因此一旦得到的效果不能滿足要求，當(dāng)前的重塑效果是無法重用的．我們使用一種基于模型的方法將這個二維的圖像操控問題轉(zhuǎn)移到三維來解決．我們將一套三維人體全身可形變模型和一種新的圖形變形方法進(jìn)行結(jié)合并開發(fā)

3、了一套直觀易用的人體重塑系統(tǒng)．三維人體全身可形變模型在我們的系統(tǒng)中發(fā)揮了兩方面的作用：第一是從圖像中重建出一個三維人體，第二是利用三維人體的重塑效果來驅(qū)動圖像發(fā)生相同的體型變化．由于這個可形變模型將人體體型的幾何變化模式參數(shù)化到了一組直觀的語義屬性上，因此我們的系統(tǒng)允許用戶以參數(shù)可控的直觀方式對圖像中的人體進(jìn)行重塑．我們算法的核心是一種新型的身體感知的圖像變形技術(shù)，它即使在模型上存在一定擬合誤差時也能魯棒的將重塑效果從三維模型忠實(shí)的轉(zhuǎn)移

4、到二維圖像．該變形技術(shù)的要點(diǎn)在于我們觀察到大部分的重塑現(xiàn)象直接表現(xiàn)為人體在平行或垂直于骨架方向上的長度變化，因此我們將圖像的重塑化歸為一個保持二維和三維間長度比率的平面三角網(wǎng)格形變問題．通過在一系列例如穿有寬松衣物以及帶有復(fù)雜遮擋的人物圖片上進(jìn)行試驗(yàn)以及普通用戶實(shí)際使用的測試結(jié)果都表明，我們的參數(shù)式體型重塑系統(tǒng)能夠產(chǎn)生各向異性但是全局協(xié)調(diào)的體型重塑效果，使用戶輕松達(dá)成圖像重塑要求．
　　 我們的第二方面的貢獻(xiàn)是提出了一種特征對齊

5、的曲面紋理合成新方法．我們觀察到二維紋理樣本和三維模型上存在許多特征線，而傳統(tǒng)的紋理合成方法忽略了這些紋理特征線在曲面上擺放的位置，這導(dǎo)致曲面的三維形狀常常被紋理特征混淆和遮蓋了起來．此外，曲面特征線的定向?qū)ψ罱K的合成質(zhì)量也有較大的影響．使用不相容的特征線定向?qū)⒉逯党霾还饣南蛄繄?，而由這樣的向量場引導(dǎo)合成的紋理會包含許多奇異點(diǎn)和扭曲．為了解決以上問題我們做出了兩個主要的貢獻(xiàn)．首先我們提出了一個自動的特征線定向算法，該算法通過快速的極小

6、化一個向量場的相容性度量得到優(yōu)化的特征線定向與對應(yīng)的光滑向量場．然后，我們引入了一種新的紋理優(yōu)化方法，該方法在最大化樣本和結(jié)果間的全局相似度的同時使得紋理樣本的特征線和曲面特征線精確的對齊．試驗(yàn)結(jié)果證明我們的方法能利用紋理加強(qiáng)對形狀外觀特點(diǎn)的裝飾與表達(dá)．
　　 最后，我們用特征轉(zhuǎn)移的思想用來解決到數(shù)字淺浮雕模型的建模問題．從三維場景生成淺浮雕模型實(shí)際上就是一個將幾何特征從流形曲面轉(zhuǎn)移到高度場的過程．我們首先引入了一類新的動態(tài)范圍