曲面浮雕生成

为了将三维物体紧密地贴合在曲面上,提出一种生成曲面浮雕的方法.首先分别提取三维物体及其所依附曲面的高度场,并把它们转换为各自的梯度场;沿用平面浮雕的压缩方法,仅对物体的梯度场进行压缩,并将压缩后的梯度场与曲面梯度场进行矢量运算,得到曲面浮雕的梯度场;最后通过积分求解得到曲面浮雕高度场.通过对贴合物体轮廓线处的梯度的调整,可实现物体的紧密贴合、上浮或下陷效果;且底曲面可以为凸面和凹面.     

曲面浅浮雕生成算法

为了在三维网格上快速生成曲面浅浮雕造型,提出一种利用三维模型半自动生成曲面浅浮雕的算法.首先利用图像的边缘检测方法来获取模型在透视场景中的边缘点,并将其与被贴的曲面载体进行位置匹配,获得Poisson方程的Dirichlet边界值;然后对模型高度场的梯度值进行压缩;最后利用确定边界条件的Poisson方程对模型压缩后的梯度场进行求解,还原生成浮雕模型.利用文中算法可以生成贴于曲面上的浅浮雕模型.     

实时交互的带浮雕纹理的三维模型构建方法

为了快速生成带浮雕纹理的三维模型,提出一种实时交互的浮雕纹理模型构建方法。方法分两步：第一步,将生成浮雕的源模型或图像转换为初始深度图,并进一步转换为梯度图,再通过梯度域的压缩、过滤,求解线性方程重建出整体连续的浮雕深度图;第二步,借助基于网格求交的浮雕纹理映射算法将浮雕深度图贴在目标模型表面,并通过移动、旋转、缩放等操作实时在目标模型三维空间上修改浮雕效果,最终重建目标模型网格,生成浮雕纹理模型。实验表明,所提方法可快速实现在一个目标模型上生成凹浮雕、凸浮雕、多浮雕等效果,所得模型无需经过其他处理,可直接应用于3D打印,打印效果较好。     

结合深度图像和强度图像的人脸浅浮雕生成算法

针对单纯基于深度图像压缩方法生成的三维浮雕模型容易存在大量噪声,并且易丢失细节的问题,为了生成特征表达准确且具有艺术美感的人脸浅浮雕,提出一种基于三维深度图像和与之对应的二维强度图像的混合人脸浅浮雕的生成算法.首先对三维深度图像的高度场进行压缩生成浮雕基网格;然后提取二维强度图像的灰度信息、梯度信息和显著度信息,并基于显著度信息对基网格的高度场相应地叠加灰度和梯度信息,以保持脸部五官的细节;最后根据显著度信息使用Laplace算子对网格进行光顺处理,使脸部光滑.实验结果表明,与单纯使用基于深度图像压缩方法相比,文中算法生成的浅浮雕模型可以更好地保持五官的细节特征;与基于图像的浮雕生成方法相比,该算法避免了复杂交互操作,可以更好地保持人脸的整体轮廓和形状.     

基于流形调和变换的浅浮雕生成算法

针对利用3D网格生成浅浮雕不能使用精确的网格表示、浮雕细节保持特性依赖于规则采样高度域上分辨率的问题,提出一种基于3D网格频域分析的浅浮雕算法.从信号处理的角度出发,首先利用网格的几何微分性质和拓扑结构通过离散调和变换将网格的深度信号变换到频域;其次提出一种基于几何频率能量的频域划分策略,将频率分割为低频、高频和噪声,再对低频进行线性压缩,利用各项同性的扩散函数对高频进行自适应非线性压缩并过滤噪声,得到信号在频域上一组新的变换系数;最后利用调和逆变换将处理后的频域映射到信号的空域重建浮雕模型.实验结果表明,该算法可通过控制频谱的分割和扩散函数的参数实现浮雕模型细节的增强.     

三维曲面的浮雕细节层提取方法

浮雕是在曲面上雕刻出凹凸起伏物体细节的一种雕塑,近年来受到许多人的关注.人们希望运用电脑技术将三维浮雕呈现在屏幕中,并对其进行再创作.在对浮雕进行分析前,很重要的一个问题是将浮雕细节部分从背景曲面中提取出来.该问题可以被看作曲面分割问题,但是现有的大部分方法都有其局限性,即对于带有细节的浮雕曲面并不能很好地提取出浮雕细节网格.使用迭代求解的手段能够更加准确地估计背景曲面,即基曲面的位置,从而能够更加准确而自动地提取出浮雕细节层网格.通过实验表明,该方法对于基曲面占优的浮雕网格具有很好的提取效果.     

讲基于曲率特征的三维模型浮雕压缩算法

基于三维拓扑和几何信息的数字化浮雕生成,是浮雕设计领域的一个全新发展方向。根据浮雕艺术形式的特点,实现了一种基于三维测量数据的浮雕曲面生成算法。该算法将浮雕的生成抽象为三维模型在某个投影方向上深度场的压缩过程,以模型曲面的几何信息作为压缩对象,生成的浮雕曲面在深度方向上的立体感可由用户自由控制。实验表明该方法在保持模型拓扑结构一致性的基础上,包含了丰富的几何细节特征。算法可以利用现有的各种实体造型,生成灵活多样的浮雕艺术品,具有广泛的应用前景。     

基于梯度场均衡化的图像对比度增强

在偏微分方程理论框架下提出一种能够有效增强图像中阴影或高亮区域信息的方法.首先对图像梯度场进行直方图均衡化,使这些图像阴影或高亮区域中的细节能够在梯度域得到增强;然后利用最小二乘原理重建出增强后的结果图像.通过引入 Lab 彩色空间将对比度增强方法推广到对彩色图像的处理中.在数值求解方面,根据Laplacian 算子的特点改进了求解 Poisson 方程的快速算法,改进后的算法具有程序设计简单、计算量小的特点.实验结果表明,文中方法能够有效地改善由于光照影响造成的图像对比度下降.     

构造多管道过渡曲面的toric曲面方法

针对多个圆锥曲面管道,提出了利用2片toric曲面构造管道过渡曲面的方法.首先根据管道的几何特征确定多边形参数域,对参数域进行正则分解;然后借助toric曲面的退化理论与有理Bézier曲面间的几何拼接条件,给出过渡曲面G1连续时toric曲面控制顶点所需满足的几何条件.文中方法不需求解方程组,具有一定的灵活性.最后通过具体实例证明了该方法的有效性.     

基于细分曲面的泊松网格编辑

针对具有丰富几何细节的三维网格模型,基于直接坐标操纵的传统编辑算法在编辑过程中不可避免地存在细节特征无法得到有效保持的问题.综合基于细分曲面的空间变形方法以及微分域网格编辑二者优势,提出一种基于细分曲面的泊松网格编辑方法.首先建立待变形网格模型的包围网格,以包围网格所决定的细分曲面构造变形控制曲面;然后根据用户变形意图操纵包围网格,将对应细分曲面变化信息转化为对网格模型泊松梯度场的改变;最后根据变化后的梯度场重建网格模型.文中方法交互简单、直观,具有多分辨率编辑的优势,可以有效地保持网格模型的细节特征.丰富的变形实例证明了该方法的有效性和可行性.     

基于三维场景和图像边缘特征的浅浮雕建模

针对数字浅浮雕设计,通过对已有的浅浮雕建模方法进行分析,提出一种结合深度场边缘特征自动生成浅浮雕的方法。从三维场景中获取深度图,再将深度图分割成块,利用局部图像结构的优点,用随机结构化森林来学习精确且计算有效的边缘检测器,得到的边缘图再进行处理得到平滑且细节增强的浅浮雕轮廓;视边缘连续图为概率场,提出根据概率场对深度场的梯度域进行自适应的非线性压缩;通过求解泊松方程来恢复浅浮雕的高度场。实验结果表明,该方法对于大部分三维场景能在合理时间内自动生成效果良好的浅浮雕模型。     

不同类型高度图控制浅浮雕模型生成方法

目的 数字浅浮雕是在平面载体上塑造高低起伏形象的一种造型艺术,具有独特的结构及视觉效果,应用场景极为广泛。为了增加数字浮雕设计的多样性,实现浮雕的风格化应用,提出一种基于高度图的浅浮雕模型生成方法。方法 引入掩模理论,利用掩模操作对待处理的图像进行处理,融合图像处理技术,控制所要生成浮雕不同部位的高度,得到控制浮雕生成效果的高度图,借鉴已有的浅浮雕模型生成方法,利用基于高斯混合模型的滚动引导法向滤波（Gaussian mixture model based rolling guidance normal filtering,GRNF）进行法向分解,基于SfG （surface from gradients）的局部调整和全局重建的方法进行曲面重建,采用拉普拉斯算子及双边滤波器进行去噪平滑处理,最终生成不同高度风格的浅浮雕模型。结果 实验结果表明,本文方法能够生成带有不同视觉效果的浅浮雕模型,通过对细节特征及结构特征相关参数的调整,均能够生成轮廓清晰、细节丰富的浅浮雕模型。结论 本文提出的基于高度图的浅浮雕模型生成方法能够为浅浮雕的多样化设计提供新的思路和方法,在家居装饰行业中有重要的应用价值。     

Preserving detailed features in digital bas-relief making

This paper presents a novel algorithm for digitally making bas-reliefs. The problem requires visibly retaining fine details present in original 3D objects while greatly compressing their depths to produce an almost planar result. Our approach performs compression on the gradient domain; gradients are first estimated from a height field representing the input scene. A new compression function based on arctangent is introduced to preserve desired details of reliefs, allowing accurate height adjustment via a data-dependent threshold. We explicitly consider how to preserve fine details present in the original objects, which is crucial for producing high-quality bas-reliefs. Laplacian coordinates are used to store detailed features before depth compression and then restore them afterwards. Laplacian sharpening is also used to emphasize detailed features in the relief itself. Prior to depth compression, we process the input height field to reduce gaps in height, and detect the outer silhouette which allows to compute the output relief relative to a planar background or other surface, by solving a Poisson equation. This combination of techniques allows our method to produce bas-reliefs with well-preserved details.     

二次联合稀疏表示和低秩近似的浅浮雕优化

目的 针对低质量浅浮雕表面的噪声现象,提出一种二次联合局部自适应稀疏表示和非局部低秩矩阵近似的浅浮雕优化算法。方法 本文方法分两个阶段。第1阶段,将浅浮雕灰度图划分成大小相同的数据块,提取边界块并进行去噪,分别对数据块进行稀疏表示和低秩近似处理。一方面,通过字典学习获得过完备字典和稀疏编码;另一方面,利用K均值聚类算法（K-means）将事先构建的外部字典库划分成k类,从k个簇中心匹配每个数据块的相似块并组成相似矩阵,依次进行低秩近似和特征增强处理。最后通过最小二乘法求解,重建并聚合新建数据块以得到新的高度场。第2阶段与第1阶段的结构相似,主要区别在于改用重建高度场的非局部自身相似性来实现块匹配。结果 在不同图像压缩率下（70%,50%,30%）,对比本文方法与BM3D（block-matching and 3D filtering）、WNNM（weighted nuclear norm minimization）、STROLLR（sparsifying transform learning and low-rank）、TWSC（trilateral weighted sparse coding）4个平滑降噪方法的浅浮雕重建结果,发现BM3D和STROLLR方法的特征保持虽好,但平滑效果较差,WNNM方法出现模型破损现象,TWSC方法的平滑效果比BM3D和STROLLR方法更好,但特征也同时被光顺化。阴影恢复形状法（shape from shading,SFS）是一种基于图像的3D建模法,但是其重建结果比较粗糙。相比之下,本文方法生成的浅浮雕模型更加清晰直观,在浅浮雕的特征增强和平滑去噪方面都展现出更好的性能。结论 本文综合数据块的局部稀疏性和数据块之间的非局部相似性对粗糙的浅浮雕模型进行二次高度场重建。本文方法有效改善了现有浅浮雕模型的质量,提高了模型的整体视觉效果,为浅浮雕的优化提供了新方法。     

Bas-Relief Generation Using Adaptive Histogram Equalization

An algorithm is presented to automatically generate bas-reliefs based on adaptive histogram equalization (AHE), starting from an input height field. A mesh model may alternatively be provided, in which case a height field is first created via orthogonal or perspective projection. The height field is regularly gridded and treated as an image, enabling a modified AHE method to be used to generate a bas-relief with a user-chosen height range. We modify the original image-contrast-enhancement AHE method to use gradient weights also to enhance the shape features of the bas-relief. To effectively compress the height field, we limit the height-dependent scaling factors used to compute relative height variations in the output from height variations in the input; this prevents any height differences from having too great effect. Results of AHE over different neighborhood sizes are averaged to preserve information at different scales in the resulting bas-relief. Compared to previous approaches, the proposed algorithm is simple and yet largely preserves original shape features. Experiments show that our results are, in general, comparable to and in some cases better than the best previously published methods.     

Real-time bas-relief generation from a 3D mesh

Most of the existing approaches to bas-relief generation operate in image space, which is quite time-consuming in practice. This paper presents a different bas-relief generation algorithm based on geometric compression and starting from a 3D mesh input. The feature details are first extracted from the original objects using a spatial bilateral filtering technique. Then, a view-dependent coordinate mapping method is applied to build the height domain for the current view. After fitting the compression datum plane, the algorithm uses an adaptive compression function to scale and combine the Z values of the base mesh and the fine details. This approach offers control over the level of detail, making it flexible for the adjustment of the appearance of details. For a typical input mesh with 100 k triangles, this algorithm computes a bas-relief in 0.214 s.     

基于3维模型的数字浮雕生成技术

目的 浮雕是雕塑艺术的一种,根据其空间结构和用途的不同分为高浮雕、浅浮雕和凹浮雕3类。随着数字化技术和3D打印技术的发展,数字化浮雕的生成技术已经成为近年来计算机图形学领域的研究热点之一,从3维模型生成浮雕以其真实自然的效果成为浮雕生成的主要方法之一。为了使即将进入该领域的学者尽快了解该方法的现状和发展趋势,本文对3种类型的浮雕生成技术进行了系统的综述。方法 介绍了3种类型的浮雕生成技术,着重比较分析了基于3维网格模型的数字浅浮雕生成过程中的关键技术,存在问题及解决方案。针对复杂3维网格模型在生成数字凹浮雕过程中存在的部分细节信息丢失、特征线类型体现形式不完善、线条与形体间的过渡尚未解决、生成浮雕效果不自然等具体问题,提出了适用于3维复杂网格模型生成数字凹浮雕的研究方案。同时,从角色动画序列出发,对最优浮雕的生成技术进行了探讨,探讨结合信息熵理论计算选择最佳动作及观察视角的场景,还原艺术家的创作过程,为适用于面向3维打印的用户浮雕产品定制服务提供了可行的解决方案。结果 基于3维模型的浮雕生成方法是生成数字浮雕的一种重要方法,如何通过压缩和细节保持相关算法得到效果自然的浮雕模型一直是研究者们研究的热点问题。结论 虽然由3维模型生成数字浮雕是一种行之有效的方法,但是仍存在细节信息丢失、线条过渡不自然、特征线类型不完善等几个值得继续研究的问题,另外一个值得研究的问题就是如何智能地从3维动画序列生成浮雕。     

Use of non-photorealistic rendering and photometric stereo in making bas-reliefs from photographs

Automatic bas-relief generation from 2D photographs potentially has applications to coinage, commemorative medals and souvenirs. However, current methods are not yet ready for real use in industry due to insufficient artistic effect, noticeable distortion, and unbalanced contrast. We previously proposed a shape-from-shading (SFS) based method to automatically generate bas-reliefs from single frontal photographs of human faces; however, suppression of unwanted details remained a problem. Here, we give experimental results showing how incorporating non-photorealistic rendering (NPR) into our previous framework enables us to both suppress unwanted detail, and yet also emphasize important features. We have consider an alternative approach to recovering relief shape, based on photometric stereo instead of SFS for surface orientation estimation. This can effectively reduce the computational time.