VR技术下多投影视频纹理合成方法仿真

为解决纹理合成过程需要消耗大量时空资源的问题,提出一种VR技术下多投影视频纹理合成方法.设计以VR内容制作环节为核心的VR视频处理,经过拼接、投影映射与投影图像帧纹理合成生成一个封装帧,通过服务器显示在客户端.针对VR视频内三维平面或曲面场景,通过屏幕投影将三维场景透视变换投影至二维平面上.赋予二维平面上的三角网格一个连续的缩放因子场,将给定纹理缩放成不同等级,令其与网格上的缩放因子相对应.采用曲面纹理合成方法,利用矢量加平滑方法确定曲面内各三角面片的纹理方向矢量场,根据这些纹理方向合成纹理;依照扫描线顺序搜索样本纹理空间,确定对匹配的纹理坐标,结合缩放因子实现纹理合成.仿真结果表明,上述方法纹理合成用时与对比方法相比下降300％以上,存储空间与对比方法相比节省50％以上.     

用户控制的纹理合成

提出一种基于用户控制的纹理合成算法．该算法适用于任意二维平面和任意拓扑的三维网格．可方便地控制纹理合成时方向和尺度的连续变化．对于任意平面区域需剖分成较均匀的三角网格，以剖分得到的二角形作为基本的合成单元来进行合成．根据用户在此三角网格上指定表示纹理方向和大小的矢量来插值生成矢量场，用以控制合成纹理的变化．该算法可以自然扩展到三维三角网格，以三角面片作为合成单元，合成后直接输出每个顶点的纹理坐标．该算法对二维和三维纹理合成给出了统一实现的框架．实验结果表明，该算法可以在任意目标区域根据用户的交互生成令人满意的纹理合成效果．     

点模型上的纹理快速生成算法

该算法摈弃了传统的将三维点模型三角面片化的繁琐过程,直接在三维点模型上进行纹理合成。该方法建立三维点模型上各离散点之间的邻域关系,在点模型上建立光顺的方向场,控制模型表面纹理合成的方向。以方向场为基础,建立三维模型与样图的映射关系,实现纹理合成。采用不同大小、不同纹理结构的样图,在点模型上进行三维纹理合成实验。实验结果表明,与传统的基于网格模型的三维纹理合成方法相比,此方法在保证纹理合成质量的同时,大大提高了合成速度。     

运用局部纹理映射加速曲面纹理合成

基于样图的纹理合成方法能够在网格曲面上合成高质量纹理,但合成速度有待进一步提高,对此提出一种运用局部纹理映射加速曲面纹理合成的算法.首先以三角形法向量、切向矢量与纹理尺度为约束,将三角网格曲面分割为一系列映射区与合成区;然后用基于块的平面纹理合成方法生成大面积样图,用调和映射方法对映射区进行纹理映射;最后采用基于三角块的合成方法生成合成区纹理.实验结果表明,该算法对一般的随机性纹理与半结构性纹理具有很高的合成质量,能够控制纹理方向与尺度的变化.由于大部分三角形的纹理通过局部纹理映射得到,仅需要合成少数三角形的纹理,纹理合成过程得到大幅度地加速.     

基于弹簧-质点模型的不规则曲面纹理映射

针对三角网格表示的不规则曲面的纹理映射问题,提出一种基于弹簧-质点模型的简单、高效、失真小的纹理映射算法。结合调和映射的参数化方法以及弹簧-质点模型的复杂平面展开方法,保持拓扑关系地将三维曲面投影于平面内;通过建立三角网格表示的投影面的弹簧-质点模型,将不规则曲面参数化于给定大小的矩形域;利用参数化的结果计算不规则曲面各顶点的纹理坐标,进行纹理贴图。实验结果表明,该算法能够实现纹理高效、均匀、变形小地映射于任意不规则曲面上。     

基于三角网格模型的局部纹理映射

局部纹理映射可以增添三维模型的局部细节,加强模型的真实感。为了实现对三维模型的局部特征描写,增强局部纹理映射的用户可交互性,提出一种基于区域增长和平面投影的方法来实现三角网格模型的局部纹理映射。区域增长是以指定的三角面片为初始种子面片,搜索与种子面片共顶点的增长规则扩散出待映射区域。算法不仅保证了选取区域的完整性,不会出现缺角的情况;同时用户可以改变待映射区域的位置和大小。采用平面投影法对待映射区域进行纹理映射,将三维顶点投影到基准平面上,建立二维坐标系与纹理坐标系的关系,从而确定三维顶点和纹理坐标的对应关系。算法成功应用于实验,表明该方法的可行性。     

基于特征约束点的纹理映射算法

纹理映射技术用于生成物体表面的纹理细节,是真实感图形技术的重要组成部分,也是计算机图形学的一个重要研究方向.针对目前很多纹理映射算法计算量大,方法比较复杂的缺点,应用Candide3作为三维网格模型,提出了一种快速有效的基于特征约束点的纹理映射算法.通过在三维网格模型和纹理图像上选取少量对应的特征约束点,利用三角网格剖分算法在纹理图像上建立选取特征点的三角网格.进而通过求取质心坐标的方法计算出三维网格模型上所有特征点的纹理坐标并完成整个三维网格模型的纹理映射.实验结果表明,提出的算法计算速度较快,能够得到高真实度的纹理映射效果,并且适用于不同纹理图像映射到同一三维网格模型上.     

基于三角块的曲面纹理合成

根据曲面网格上的切向矢量场，采用广度优先搜索策略从样本纹理空间中为每个三角面片映射纹理面片，直至完全覆盖整个网格．在搜索和映射过程中，首先使网格上相邻三角面片的纹理有最小的匹配误差；然后对相邻的三角面片纹理使用图的分割方法拼接纹理，得到曲面上连续的合成纹理；最后压缩存储合成的三角面片纹理．该算法适用于多种类型的样本纹理和任意的三角化曲面．     

不规则三维网格纹理映射的均匀化

采用单一纹理对不规则三维网格进行纹理映射,常常使网格密集处映射不足;而采用纹理地图集方法又使映射过程变得复杂。因此文章提出一种新的方法:通过离散保角变换方法,先将三维网格无遮挡地映射到平面正方形中,随后通过一种离散均匀面积变换方法,使其平面网格较均匀地分布,然后求得其纹理坐标,从而有效实现不规则三维网格的纹理映射。该方法算法快速、稳定,纹理映射均匀化效果良好。     

基于弹簧变形模型的图像缩放方法

目的 随着显示设备分辨率和纵横比的多样化,内容感知图像缩放技术逐渐成为图像处理领域新的研究热点之一,为了既能实现图像有效缩放,又能较好保持图像主体区域的几何结构完整,提出一种基于弹簧近似的内容感知图像缩放方法。方法 首先,为控制图像缩放,对输入图像进行显著性检测和特征直线检测;其次,在图像上构建一个平面三角网格,视三角网格的每一条边为一根弹簧,则整个三角网格构成一个弹簧系统,可利用该弹簧系统的变形实现图像缩放,其中,根据每根弹簧所在图像区域的显著度设置弹簧的弹性系数,该系数可在缩放时有效保持图像的主体区域,避免主体内容缩放不均匀或变形;然后,以图像直线特征保持为约束,构造用于约束弹簧系统变形的目标函数;最后,利用纹理贴图技术把弹簧系统每个三角形对应的图像贴回弹簧系统,得到缩放后的目标图像。结果 为证明本文方法的有效性,对大量图像进行多比例缩放测试,并与现有方法进行比较。在同比例缩放下,本文方法可以更好地保持图像中的主体区域,以及特征直线,使放缩后的图像整体具有更好的视觉效果。本文方法的计算时间小于0.19 s,时间成本与现有方法大致相同。结论 基于弹簧系统的内容感知图像缩放方法,通过弹簧系统变形带动网格变形进而实现图像缩放,与现有的内容感知图像缩放方法相比,本文方法所处理的图像视觉效果更好,实验结果表明,本文方法能够更有效、快速地处理各种图像的内容感知缩放。     

多分辨率三维建筑群建模与实时绘制技术

将纹理特征分析技术引入到多边形网格建模中,提出一种基于高程特征值进行曲面细分的算法以构建多分辨率虚拟建筑群模型。该算法给出一种三角边与纹理特征曲线相交的三角面分裂方法构造自适应细分三角网格。通过设计细分三角网格的二叉树数据结构和开发测试程序进行测试,表明该算法具有自适应网格速度快和保持几何特征较好的特点,可以满足在PC机上实现三维建筑群的大范围建模和实时交互显示要求。     

基于直接投射扩散的烟雾阴影实时模拟

为了提高烟雾模拟的真实感,提出了一种基于直接投射扩散的烟雾阴影实时生成算法。该方法将3维烟雾密度场直接投射到2维平面上,并保存于光亮缓存中,首先生成一张能描述阴影浓度信息的阴影纹理;然后为了解决阴影浓度过估计问题,还新颖地采用流体力学领域的扩散方程来修正浓度分布情况;最后,在可编程图形硬件上,采取投影纹理映射技术将阴影纹理投射到场景中的相应表面。实验证明,该方法所需计算开销小,能简单高效地实时生成计算机3维游戏和动画的烟雾阴影效果。     

空间各向异性肝动脉体纹理合成方法研究

针对空间上具有各向异性的体纹理,提出一种基于样本的体纹理合成方法,把二维情况下基于二维纹理样本块的粘贴技术扩展至三维,应用到构建好的肝动脉模型。根据用户在四面体网格上定义的张量场,以四面体为合成单元,粘贴各向异性的三维纹理样本块。实验结果与理论分析表明,该方法可以在任意三维区域根据用户的交互合成预期的纹理效果,且能够较好地模拟肝动脉的内部结构,实现切割的实时可视化。     

Texturing Internal Surfaces from a Few Cross Sections

We introduce a new appearance-modeling paradigm for synthesizing the internal structure of a 3D model from photographs of a few cross-sections of a real object. When the internal surfaces of the 3D model are revealed as it is cut, carved, or simply clipped, we synthesize their texture from the input photographs. Our texture synthesis algorithm is best classified as a morphing technique, which efficiently outputs the texture attributes of each surface point on demand. For determining source points and their weights in the morphing algorithm, we propose an interpolation domain based on BSP trees that naturally resembles planar splitting of real objects. In the context of the interpolation domain, we define efficient warping and morphing operations that allow for real-time synthesis of textures. Overall, our modeling paradigm, together with its realization through our texture morphing algorithm, allow users to author 3D models that reveal highly realistic internal surfaces in a variety of artistic flavors.     

基于特征尺度及多尺度分解的纹理分割

在计算机视觉领域，纹理识别及分割是图像低层次处理中一个重要的问题。文章依据视觉信息处理的生理学理论，提出了一种新的纹理分析算法。该算法通过搜寻纹理图像的特征尺度并配合连续整数尺度滤波上的特征尺度统计对纹理进行分层分析。并基于特征尺度上的分层分析提出一种纹理分割算法。实验结果证明了该算法的有效性。     

Free-form object reconstruction from silhouettes, occluding edges and texture edges: a unified and robust operator based on duality

In this paper, the duality in differential form is developed between a 3D primal surface and its dual manifold formed by the surface's tangent planes, i.e., each tangent plane of the primal surface is represented as a four-dimensional vector which constitutes a point on the dual manifold. The iterated dual theorem shows that each tangent plane of the dual manifold corresponds to a point on the original 3D surface, i.e., the dual of the dual goes back to the primal. This theorem can be directly used to reconstruct 3D surface from image edges by estimating the dual manifold from these edges. In this paper we further develop the work in our original conference papers resulting in the robust differential dual operator. We argue that the operator makes good use of the information available in the image data, by using both points of intensity discontinuity and their edge directions; we provide a simple physical interpretation of what the abstract algorithm is actually estimating and why it makes sense in terms of estimation accuracy; our algorithm operates on all edges in the images, including silhouette edges, self occlusion edges, and texture edges, without distinguishing their types (thus resulting in improved accuracy and handling locally concave surface estimation if texture edges are present); the algorithm automatically handles various degeneracies; and the algorithm incorporates new methodologies for implementing the required operations such as appropriately relating edges in pairs of images, evaluating and using the algorithm's sensitivity to noise to determine the accuracy of an estimated 3D point. Experiments with both synthetic and real images demonstrate that the operator is accurate, robust to degeneracies and noise, and general for reconstructing free-form objects from occluding edges and texture edges detected in calibrated images or video sequences.     

结构光视觉三维点云逐层三角网格化算法

针对结构光视觉恢复的大规模三维点云的可投影特点,提出一种基于投影网格的底边驱动逐层网格化曲面重建算法。该算法首先将点云投影到一个二维平面上;然后基于点云投影区域建立规则投影网格,并将投影点映射到规则二维投影网格上,建立二维网格点与三维点云间的映射关系;接着对投影网格进行底边驱动的逐层网格化,建立二维三角网格;最后根据二维投影点与三维点的对应关系及二维三角网格拓扑关系获得最终的三维网格曲面。实验结果表明,算法曲面重建速度快,可较好地保持曲面细节特征。     

三维重建表面任意切面图像提取及映射有效方法*

针对三维重建表面模型的任意切面纹理显示,分为3D纹理采样和切面纹理映射两阶段。前者通过模型包围盒及模型横断面轮廓定位纹理部位并去掉图像背景,经采样形成多精度3D纹理;后者先计算剖切平面和模型及纹理空间中包围盒交面,然后利用向量叠加原理及立方体线性插值方法快速提取纹理空间的交面图像,经Alpha测试后映射到模型空间相应切面上,形成具有切面纹理的剖切模型。实验表明,该方法克服了面绘制技术不能体现内部数据的缺点,有效地提高了大数据量模型任意剖切面纹理绘制速度。     

一种非球面测量的新方法

提出一种基于光镊技术测量非球面面形的新方法.用光镊将直径为微米级的高分子小球移动到被测表面上,小球折射产生的球面波与平面波干涉,形成牛顿环.在相互垂直的二维标尺上分别测量两组牛顿环中心位置,得到小球的三维坐标.光镊对小球只产生亚皮牛量级的作用力,小球对被测表面的弹性变形可以忽略.通过测量若干小球坐标后,可拟合出三维曲面.     

Real-time 3D shape reconstruction, dynamic 3D mesh deformation, and high fidelity visualization for 3D video

3D video [IEEE Multimedia (1997) 18] is the ultimate image media recording dynamic visual events in the real world as is; it records time varying 3D object shape with high fidelity surface properties (i.e., color and texture). Its applications cover wide varieties of personal and social human activities: entertainment (e.g., 3D game and 3D TV), education (e.g., 3D animal picture books), sports (e.g., sport performance analysis), medicine (e.g., 3D surgery monitoring), culture (e.g., 3D archive of traditional dances), and so on. In this paper, we propose: (1) a PC cluster system for real-time reconstruction of dynamic 3D object action from multi-view video images, (2) a deformable 3D mesh model for reconstructing the accurate dynamic 3D object shape, and (3) an algorithm of rendering natural-looking texture on the 3D object surface from the multi-view video images. Experimental results with quantitative performance evaluations demonstrate the effectiveness of these methods in generating high fidelity 3D video from multi-view video images.