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。     

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.     

GPU适用的并行纹理合成算法

基于样图的纹理合成是一个大计算量过程,为了利用GPU的并行计算能力进行大规模纹理合成,我们提出一种并行纹理合成算法.该算法综合块查找和全局纹理优化算法分多遍进行纹理的合成和优化,其中每一遍分为串行纹理块定位和并行最优块匹配2个阶段.纹理块定位阶段在CPU端按照扫描线顺序确定待合成的邻域,并将邻域位置传入GPU;最优块匹配阶段在GPU端并行计算待合成邻域与对应样本邻域的全局距离,并查找出最优解得到匹配块.最后根据匹配过程统计数据自适应调整优化规模,在全局范围内对纹理进行迭代优化.实验结果表明,文中算法在保证大规模纹理合成效果的基础上减少了计算时间,能够满足交互式纹理合成的应用.     

采用邻域直方图匹配的矢量纹理图案合成

矢量纹理图案是指由一种或几种矢量图案元素按照一定的规则进行分布而形成的纹理图案。这种纹理图案在日常生活中随处可见,对其进行自动合成是非真实感绘制中的一个重要研究课题。本文提出一种基于样本的矢量纹理图案合成方法,可以根据一小块样本图案自动合成与该样本图案有类似分布规则的大面积图案。在此方法中,我们采用一种“邻域直方图”的策略来进行元素邻域信息的匹配与合成：将矢量元素的邻域空间用以该元素为中心的射线束和同心圆簇划分为一定数量的小格;统计每个小格中出现的邻域元素数量就可以形成一幅直方图;以此直方图信息作为当前元素的邻域信息在样本图案中进行匹配搜索,从而完成图案的合成。该方法不仅可以应用于仅有一种图案元素的分布合成,还可扩展至多种元素图案的复杂分布合成。与以往的矢量纹理图案合成方法相比,本文方法不需要复杂的元素关系分析和频繁的元素位置比较,实现简单,效率较高。实验表明,本文方法对于规则、半规则及随机的图案分布,都可达到较好的合成效果,这对于非真实感绘制中的风格图案生成、笔划分布计算等都将具有很好的应用意义。     

三角网格曲面纹理合成技术研究

纹理合成是真实感图形绘制中重要的技术.对由三角网格组成的曲面模型,提出了一种基于表面三角块矢量场的纹理合成方法.首先用矢量加平滑方法来计算曲面上每个三角块上的纹理方向矢量,并根据这些纹理方向来合成纹理;然后在样本纹理空间按扫描线顺序搜索样本纹理空间,找出最匹配的纹理坐标;算法用队列作为存取结构,并且结果保存在队列中,达...     

基于样图的层式体纹理合成算法

针对深度方向上具有特征差异的层式纹理,提出一种基于样图的体纹理合成算法。采用基于全局优化的合成框架,在预处理中生成反映样图深度方向上特征差异的特征分布图,将其纳入相似性度量,合成时考虑3个正交方向上的邻域相似性,并利用k相关性搜索进行迭代优化。实验结果表明,该算法能保证合成纹理在深度方向上特征分布的相似性及水平截面的特征合理性,具有较高的合成质量和较快的收敛速度。     

曲面渐变纹理合成中重采样问题研究

在渐变纹理合成过程中,纹理尺度和方向的变化需要不断对原样图进行重采样。为避免不断重采样对纹理合成速度的影响,在基于块合成方法的基础上,以线性函数作为纹理尺度的过渡函数,在二维空间生成渐变纹理,将二维渐变纹理作为新的样本,利用矢量场控制曲面纹理合成,采用灰度图像辅助合成,以避免纹元破裂。实验结果表明,该方法对自然界中大多数纹理进行合成时能取得较好的效果,能保持纹理的视觉连续性,合成效率较高。     

纹理合成的自相关性判别法及其应用

从加快纹理相似性的判别速度出发,提出了一种纹理合成的自相关性判别法.传统的纹理合成算法随着邻域和样本的增大,计算量将成倍增加,纹理合成速度减慢的劣势逐渐体现出来.因此,算法对样本纹理建立简单的自相关性距离查找表,利用L邻域内像素的自相关性距离作为像素匹配的判别依据,以查找取代传统匹配过程中的繁琐计算,极大地加快了合成速度,可实现动态的、多精度的合成效果调控,以及避免块匹配中易出现纹理接缝的问题.经验证,该算法可在纹理合成、图像修补及纹理检索中应用,并可很好地达到实时的应用要求.     

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．     

基于显著结构元素的纹理合成

某些样本纹理中包含按一定的特征分布的显著结构元素,而现有像素级别纹理合成算法难以保持样本纹理中显著结构元素的完整性以及分布特征等人眼更高感知层次的信息.本文提出了一种基于显著结构元素的纹理合成算法.首先,提取样本纹理中显著结构元素,根据各元素的空间位置建立邻接关系,分析每个结构元素的邻域信息,把结构元素的分布建模为Markov随机场模型.在合成过程中,采用邻域匹配算法,在样本纹理中查找最合适的结构元素,并将其添加到目标纹理中.另外,本文在后处理中通过添加噪声对显著结构元素进行各种随机变换,增加了目标纹理的多样性,实验结果表明,对于半结构性纹理,本文合成结果符合更高层次人眼感知特征.     

基于流线纹理合成的2D矢量场可视化

针对科学试验数据可视化问题,提出了一种2D矢量场可视化的方法－流线纹理合成方法,即通过将1D纹理映射到流线上,再利用流线纹理来合成可视化图象,因为移动1D纹理很容易形成矢量场动画。该方法是利用局部区域内流线的近似平行性,首先依据临界点来设定流线宽度,然后把流线绘制成多条平行流线,再分别将多条不同的1D纹理映射到流线上,从而能够加快计算。实际结果表明,由于流线纹理合成的纹理图象上清楚地显示了流线,因而反映了矢量场的方向信息,同时,该方法计算速度快,可以达到交互可视化的要求。     

Visualization of vector fields using seed LIC and volume rendering

Line integral convolution (LIC) is a powerful texture-based technique for visualizing vector fields. Due to the high computational expense of generating 3D textures and the difficulties of effectively displaying the result, LIC has most commonly been used to depict vector fields in 2D or over a surface in 3D. We propose new methods for more effective volume visualization of three-dimensional vector fields using LIC: 1) we present a fast method for computing volume LIC textures that exploits the sparsity of the input texture. 2) We propose the use of a shading technique, called limb darkening, to reveal the depth relations among the field lines. The shading effect is obtained simply by using appropriate transfer functions and, therefore, avoids using expensive shading techniques. 3) We demonstrate how two-field visualization techniques can be used to enhance the visual information describing a vector field. The volume LIC textures are rendered using texture-based rendering techniques, which allows interactive exploration of a vector field.     

Sketch guided solid texturing

Compared to 2D textures, solid textures can represent not only the bounding surfaces, but also their interiors. Existing solid texture synthesis methods pay little attention to the generation of conforming textures that capture geometric structures or reflect the artists’ design intentions. In this paper, we propose a novel approach to synthesizing solid textures using 2D exemplars. The generated textures locally agree with a tensor field derived from user sketching curves. We use a deterministic approach and only a small portion of the voxels needs to be synthesized on demand. Correction is fundamental in deterministic texture synthesis. We propose a history windows representation, which is general enough to unifiedly represent various previous correction schemes, and a dual grid scheme based on it to significantly reduce the dependent voxels while still producing high quality results. Experiments demonstrate that our method produces significantly improved solid textures with a small amount of user interaction.     

基于样例学习的任意光照下的人脸3D重建方法

待匹配的人脸图像与数据库中的原型图像之间的光照差异是自动人脸识别的主要瓶颈问题之一。提出了一种基于样例学习方式的3D人脸形状重建方法,既可以生成任意光照条件下的数据库中人脸图像,也可以对待识别图像进行重新光照,合成无阴影的图像。该方法在建立人脸数据库时利用光度立体技术分离人脸图像的纹理和形状信息,并用多面体模型在最小二乘意义下恢复其3D信息并更新法向量场以克服阴影误差,从而可以利用计算机图形学的方法合成任意光照条件下和小角度姿态改变时的人脸图像;在识别时采用数据库中3D数据的线性组合形式对输入图像建模,以估计其3D信息,从而可以重新照明。在YaleB人脸数据库上的实验表明,在建立3D人脸数据库后,该方法可以快速恢复输入单幅图像中人脸的3D信息,并生成任意光照条件的该人脸图像。     

Solid Texturing of Soft Objects

Since the shape of a soft object changes in response to its surroundings, it is difficult to give a single position in space as the location of the object. Indeed objects can and do break dynamically into subobjects. This means that you cannot map a solid texture onto such an object simply by using a function of the space coordinates. We have taken a different approach. Our soft objects are modeled as the volume enclosed by an isosurf ace of a field calculated from a set of key points. For each key point, we describe an abstract texture space. Any point on the surface of an object has, associated with each key point, a position in this space and a field contribution. A vector sum of these positions, weighted by the field contributions, is used to select a surface specification from the texture space. Textures mapped with this process retain their consistency during distortion and metamorphoses of objects, permitting a great variety of animation effects.     

Texturing fluids

We present a novel technique for synthesizing textures over dynamically changing fluid surfaces. We use both image textures as well as bump maps as example inputs. Image textures can enhance the rendering of the fluid by either imparting realistic appearance to it or by stylizing it, whereas bump maps enable the generation of complex micro-structures on the surface of the fluid that may be very difficult to synthesize using simulation. To generate temporally coherent textures over a fluid sequence, we transport texture information, i.e. color and local orientation, between free surfaces of the fluid from one time step to the next. This is accomplished by extending the texture information from the first fluid surface to the 3D fluid domain, advecting this information within the fluid domain along the fluid velocity field for one time step, and interpolating it back onto the second surface -- this operation, in part, uses a novel vector advection technique for transporting orientation vectors. We then refine the transported texture by performing texture synthesis over the second surface using our "surface texture optimization" algorithm, which keeps the synthesized texture visually similar to the input texture and temporally coherent with the transported one. We demonstrate our novel algorithm for texture synthesis on dynamically evolving fluid surfaces in several challenging scenarios.     

边界对齐的平滑三维对称标架场

为了把广泛应用于网格四边形化和纹理合成的二维表面标架场拓展到三维,提出一种生成三维对称标架场的方法.不同于表面对称标架场(四对称方向场),二维标架场的对称性能用一个切平面的旋转角度来表示,而三维对称标架场的对称性却不能这样简单地表示.为了解决这个问题,利用球面函数来获得一个对称性表述,该表述对于绕任意一个轴的π/2旋转以及它们的复合是不变的.基于球面函数的表示可以获得一个有效的标架场光顺程度的度量,并以球面调和分析进行加速计算;基于一组边界约束,可以通过极小化这个度量函数来获得一个光顺的标架场,该标架场在表面上能很好地对齐法线.最后通过表面投影、流线追踪和奇异点来可视化这个标架场,并将这个光顺的标架场用于六面体网格生成,且讨论了它在生成高质量纯六面体网格方面的潜力,其与表面标架场在生成四边形网格方面的潜力是一致的.     

基于微分的增强型三维矢量场可视化

为提高3D矢量场可视化效果,提出了一种基于微分滤波的流线增强方法。首先对三维纹理进行线性卷积运算,生成具有空间相关性的卷积纹理;其次对卷积纹理进行分数阶微分滤波,增强流线之间强度对比;最后采用纹理映射体绘制技术实现三维矢量场可视化,并通过设计体绘制的传输函数来显示矢量场的内部结构。实验结果表明,该方法有效地增强了流线间的对比,使绘制的流线更加平滑,同时也有效地消除了卷积数据过多引起的紊乱与相互遮挡。     

Dynamic line integral convolution for visualizing streamline evolution

The depiction of time-dependent vector fields is a central problem in scientific visualization. This article describes a technique for generating animations of such fields where the motion of the streamlines to be visualized is given by a second "motion" vector field. Each frame of our animation is a line integral convolution of the original vector field with a time-varying input texture. The texture is evolved according to the associated motion vector field via an automatically adjusted set of random particles. We demonstrate this technique with examples from electromagnetism.