紋理映射、合成與替換算法研究.pdf

1、紋理指包含一定重復模式又呈現(xiàn)一定隨機性的事件，它可以描述自然界中非常廣闊的自然現(xiàn)象，例如：聲音、圖像、視頻、運動及幾何曲面等等。圖形學中的紋理主要指位圖圖像。采用紋理可以有效表現(xiàn)景物表面的細節(jié)特征，增強繪制的真實感。由于紋理技術(shù)在影視娛樂、工業(yè)設計和虛擬仿真等方面的廣泛應用，關于紋理的研究一直是計算機圖形學、計算機視覺以及圖像處理領域的研究熱點。 本文圍繞當前紋理研究中的若干熱點問題：約束紋理映射、三維紋理合成、圖像和視頻的紋理

2、替換及紋理技術(shù)在非真實感繪制中的應用等方面展開研究： (1)約束紋理映射。紋理映射一般指將二維紋理映射到三維景物表面的過程?？梢杂行У乇憩F(xiàn)景物表面的紋理細節(jié)，提高景物繪制的真實感。本文提出一種基于調(diào)和映射的約束紋理映射方法，利用調(diào)和映射建立紋理平面和參數(shù)化后網(wǎng)格模型的對應關系，給出約束紋理映射問題的一個解析解。由于調(diào)和映射具有保持映射能量最小的性質(zhì)，該方法可以最小化約束紋理映射可能導致的扭曲形變。同時我們還提出一種對映射效果實時

3、優(yōu)化的算法，有效減少了約束紋理映射的后期交互。 紋理映射的有效性是約束紋理映射的一個關鍵問題。本文提出一種基于分塊映射的方法，把紋理圖像和網(wǎng)格模型按照特征點進行有效剖分并建立對應關系，實現(xiàn)對應的映射，保持了紋理映射這個特殊參數(shù)化問題的有效性。由于該方法不需要對網(wǎng)格模型預先參數(shù)化，從而提高了紋理映射的效率。同樣的思想應用于網(wǎng)格模型的形狀過渡也取得了良好的效果。 (2)三維紋理合成。紋理合成指由一張給定小樣本紋理生成大區(qū)域紋

4、理的過程。本文提出一種在復雜網(wǎng)格模型表面生成紋理的算法。該算首先建立網(wǎng)格模型的基網(wǎng)格表示，在基網(wǎng)格上合成紋理，然后把合成效果映射回原始網(wǎng)格；在網(wǎng)格模型上建立的基網(wǎng)格可以應用于不同紋理的合成。本文還提出一種對三角形網(wǎng)格的附加紋理圖像壓縮存儲的方法，節(jié)約了紋理內(nèi)存。通過對紋理圖像上任意點的鄰域預處理編碼的方法，進一步提高了合成效率。 (3)圖像和視頻的紋理替換。紋理替換指在圖像/視頻的目標區(qū)域采用新的紋理替換原有紋理，在未知原始幾何

5、和光源信息的情況下，使替換后目標區(qū)域保持原紋理依附在表面上產(chǎn)生的自然變形和光照效果。紋理替換在虛擬展示、影視娛樂等方面有巨大的應用前景。本文通過求解Possion方程保持替換后紋理的依附變形，通過把RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr顏色空間以及傳遞Y顏色分量，保持了原紋理的光照效果。 本文第一次提出一種視頻的紋理替換算法。首先替換視頻關鍵幀的紋理，然后把關鍵幀的替換紋理傳遞到視頻的其他幀；通過基于網(wǎng)格優(yōu)化的約束光流跟蹤和圖切割的方法

6、，有效解決了替換后視頻效果的“時空一致性”問題和可見性變化問題，取得了良好的視頻紋理替換效果。 (4)紋理技術(shù)在非真實感繪制中的應用。本文提出一種把數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化為非真實感風格畫的方法。該方法首先選取給定風格畫的一塊區(qū)域作為底色紋理，以此合成數(shù)字圖像目標區(qū)域的底色；然后通過在風格畫中提取的代表性筆畫在目標區(qū)域上依據(jù)生成的種子點和方向場繪制筆畫，整個算法流程模擬了畫家繪畫的過程。為了更好的模仿畫家繪畫的風格，本方法提取風格畫的方向場