紋理映射、合成與替換算法研究.pdf

1、紋理指包含一定重復(fù)模式又呈現(xiàn)一定隨機(jī)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(yùn)動(dòng)及幾何曲面等等。圖形學(xué)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(xì)節(jié)特征，增強(qiáng)繪制的真實(shí)感。由于紋理技術(shù)在影視娛樂(lè)、工業(yè)設(shè)計(jì)和虛擬仿真等方面的廣泛應(yīng)用，關(guān)于紋理的研究一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及圖像處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 本文圍繞當(dāng)前紋理研究中的若干熱點(diǎn)問(wèn)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(shí)感繪制中的應(yīng)用等方面展開(kāi)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(guò)程。可以有效地表現(xiàn)景物表面的紋理細(xì)節(jié)，提高景物繪制的真實(shí)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(duì)應(yīng)關(guān)系，給出約束紋理映射問(wèn)題的一個(gè)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(dǎo)致的扭曲形變。同時(shí)我們還提出一種對(duì)映射效果實(shí)時(shí)

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(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(diǎn)進(jìn)行有效剖分并建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的映射，保持了紋理映射這個(gè)特殊參數(shù)化問(wèn)題的有效性。由于該方法不需要對(duì)網(wǎng)格模型預(yù)先參數(shù)化，從而提高了紋理映射的效率。同樣的思想應(yīng)用于網(wǎng)格模型的形狀過(guò)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(guò)程。本文提出一種在復(fù)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(yīng)用于不同紋理的合成。本文還提出一種對(duì)三角形網(wǎng)格的附加紋理圖像壓縮存儲(chǔ)的方法，節(jié)約了紋理內(nèi)存。通過(guò)對(duì)紋理圖像上任意點(diǎn)的鄰域預(yù)處理編碼的方法，進(jìn)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(biāo)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(biāo)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(lè)等方面有巨大的應(yīng)用前景。本文通過(guò)求解Possion方程保持替換后紋理的依附變形，通過(guò)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(guān)鍵幀的紋理，然后把關(guān)鍵幀的替換紋理傳遞到視頻的其他幀；通過(guò)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(shí)空一致性”問(wèn)題和可見(jiàn)性變化問(wèn)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(shí)感繪制中的應(yīng)用。本文提出一種把數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化為非真實(shí)感風(fēng)格畫(huà)的方法。該方法首先選取給定風(fēng)格畫(huà)的一塊區(qū)域作為底色紋理，以此合成數(shù)字圖像目標(biāo)區(qū)域的底色；然后通過(guò)在風(fēng)格畫(huà)中提取的代表性筆畫(huà)在目標(biāo)區(qū)域上依據(jù)生成的種子點(diǎn)和方向場(chǎng)繪制筆畫(huà)，整個(gè)算法流程模擬了畫(huà)家繪畫(huà)的過(guò)程。為了更好的模仿畫(huà)家繪畫(huà)的風(fēng)格，本方法提取風(fēng)格畫(huà)的方向場(chǎng)