Texture synthesis via the matching compatibility between patches

A new patch-based texture synthesis method is presented in this paper. By the method, a set of patches that can be matched with a sampled patch for growing textures effectively, called the matching compatibility between patches, is generated first for each patch, and the set is further optimized by culling the patches that may cause synthesis conflicts. In this way, similarity measurement calculation for selecting suitable patches in texture synthesis can be greatly saved, and synthesis conflicts between neighbouring patches are substantially reduced. Furthermore, retrace computation is integrated in the synthesis process to improve the texture quality. As a result, the new method can produce high quality textures as texture optimization, the best method to date for producing good textures, and run in a time complexity linear to the size of the output texture. Experimental results show that the new method can interactively generate a large texture in 1024 × 1024 pixels, which is very difficult to achieve by existing methods. Supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2009CB320802), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60773026, 60833007), the National High-Tech Research & Development Program of China (Grant Nos. 2006AA01Z306, 2008AA01Z301), and the Research Grant of University of Macau     

Transition Texture Synthesis

Synthesis of transition textures is essential for displaying visually acceptable appearances on a terrain. This investigation presents a modified method for synthesizing the transition texture to be tiled on a terrain. All transition pattern types are recognized for a number of input textures. The proposed modified patch-based sampling texture synthesis approach, using the extra feature map of the input source and target textures for patch matching, can synthesize any transition texture on a succession pattern by initializing the output texture using a portion of the source texture enclosed in a transition cut. The transition boundary is further enhanced to improve the visual effect by tracing out the integral texture elements. Either the Game of Life model or Wang tiles method are exploited to present a good-looking profile of successions on a terrain for tiling transition textures. Experimental results indicate that the proposed method requires few input textures, yet synthesizes numerous tileable transition textures, which are useful for obtaining a vivid appearance of a terrain.     

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．     

基于样图的纹理合成技术研究

基于样图的纹理合成方法是继纹理映射、过程纹理合成方法后发展起来的一种纹理技术,用于解决传统方法中出现的缝隙、扭曲、变形和参数调整等问题。在大规模场景的生成以及真实感图形绘制和非真实感绘制、计算机动画等方面具有广泛的应用前景;同时对图像编辑、数据压缩、网络数据的快速传输也有一定的指导意义。该文首先简要回顾了纹理技术的发展历程,总结出基于样图的纹理合成技术的基本原理,从基于Markov模型、侧重逼真显示、任意曲面等几个方面,对基于样图的纹理合成技术进行了较全面的总结和分析,对该领域未来的研究和应用前景做出了有益的探讨。     

块拼贴的纹理合成算法的实现与改进

基于样图的纹理合成方法是继纹理映射、过程纹理合成等方法后发展起来的一种新的纹理拼接技术。其中块拼贴的纹理合成算法由于合成速度快,效果良好,受到极大关注。对采用块拼接技术的纹理合成方法进行综述,运用图像切割方法较好解决了块拼贴算法中的最佳分割路径获取问题,并对合成的结果进行平滑优化。     

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.     

基于纹理延伸和三角块拼接的快速曲面纹理合成

对相邻的已合成三角形个数为1的待合成三角形使用"纹理延伸"的方法进行纹理合成;对相邻的已合成三角形个数大于1的待合成三角形采用梯形模板匹配的三角块拼接方法进行纹理合成.实验结果与理论分析表明,该算法合成质量较高,合成速度较现有方法提高了1/3.     

基于边界图的纹理合成方法

已有的纹理合成方法往往难以很好地保持纹理中的边界结构特征.为此,提出一种利用纹元边界辅助合成的方法.新方法首先从样本纹理中抽取出“纹元边界图”,然后在此图的指导下,基于块纹理合成方法的流程对“纹元式纹理”的两种情况“覆盖式”和“非覆盖式”纹理分别采用“边界覆盖法”和“边界匹配法”进行纹理合成.与已有的合成方法相比,新方法能更好地保持纹理的边界结构特征,对很多“纹元式纹理”都达到了满意的效果并且合成速度很快.     

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．     

块纹理合成的优化计算

针对块纹理合成方法,深入分析了块的形状、大小以及相邻块间重叠区域等参数对合成效率的影响,并基于纹理的特征及其变化的周期和重叠区域的约束性等给出了衡量这些参数作用的度量方法.该方法能自适应地优化这些参数,提高纹理合成的效率.     

可控的连续多尺度纹理合成

针对同一幅合成图像的不同区域间,如何实现纹理图案的多尺度连续变化,提出一种基于像素的多尺度纹理合成算法。在逐像素点合成的基础上,通过为已知匹配点建立一个到连续的多分辨率样图的正向映射,并重新采样合成像素点,实现合成结果的任意尺度连续渐变的可控性。实验证明该方法不增加大量的处理时间,并可适用于大多数基于样图的逐点合成方法。     

二维纹理图象的产生

本文在R.Chellappa提出的马尔可夫模型[1]纹理综合方法的基础上,提出了一种级联的马尔可夫模型.利用此模型进行纹理图象综合时,可以克服文献[1]中所提出的方法的不稳定性,而且使模型应用范围更广泛,实验结果更理想.     

Texture Particles

This paper presents an analytical extension of texture synthesis techniques based on the distribution of elementary texture components. Our approach is similar to the bombing, cellular, macrostructured and lapped textures techniques, but provides the user with more control on both the texture analysis and synthesis phases. Therefore, high quality results can be obtained for a large number of structured or stochastic textures (bricks, marble, lawn, etc.). The analysis consists in decomposing textures into elementary components — that we call ``texture particles'' — and for which we analyze their specific spatial arrangements. The synthesis then consists in recomposing similar textures directly on arbitrary surfaces by taking into account the previously computed arrangements, extended to 3D surfaces. Compared to ``pixel‐based'' analysis and synthesis methods, which have been recently generalized to arbitrary surfaces, our approach has three major advantages: (1) it is fast, which allows the user to interactively control the synthesis process. This further allows us to propose a large number of tools, granting a high degree of artistic freedom to the user. (2) It avoids the visual deterioration of the texture components by preserving their shapes as well as their spatial arrangements. (3) The texture particles can be not only images, but also 3D geometric elements, which extends significantly the domain of application.     

基于半规则纹理合成的流场可视化技术

直接利用半规则纹理本身蕴涵的方向信息对流场进行可视化．结果直观有效,而且适用的纹理范围广泛,丰富了流场可视化的手段,首先应用基于块的二维方向纹理合成方法生成第一帧图像,随着流体的流动,每一小块的4个顶点移动到新的位置,然后将原有的纹理映射到新的四边形上,同时计算出每个点的变形程度,如果某点变形过大,那么把该点标为无效点,重新合成,最后,一帧帧连续合成的纹理组成一个流场可视化的动画。     

基于结构的纹理合成

提出一个简单有效的基于样图的纹理合成新方法．现有纹理合成算法仅考虑两块待匹配块之间对应元素的颜色差别作为评价相似性的量度，对于一些纹理图象，找到的不一定是最相似的匹配块，因此合成后，没有得到令人满意的效果．为此，提出一个新的纹理合成算法，不仅考虑了两个匹配块之问的颜色相似性，还充分考虑了结构的差别，把结构的相似性作为匹配块之间相似性量度的重要因素之一．具体作法是：从样本图象产生一个基于结构的新的特征映射，降低结构上不连续的程度，从而获得比较理想的合成结果．     

Capture and Synthesis of 3D Surface Texture

We present and compare five approaches for capturing, synthesising and relighting real 3D surface textures. Unlike 2D texture synthesis techniques they allow the captured textures to be relit using illumination conditions that differ from those of the original. We adapted a texture quilting method due to Efros and combined this with five different relighting representations, comprising: a set of three photometric images; surface gradient and albedo maps; polynomial texture maps; and two eigen based representations using 3 and 6 base images.We used twelve real textures to perform quantitative tests on the relighting methods in isolation. We developed a qualitative test for the assessment of the complete synthesis systems. Ten observers were asked to rank the images obtained from the five methods using five real textures. Statistical tests were applied to the rankings.The six-base-image eigen method produced the best quantitative relighting results and in particular was better able to cope with specular surfaces. However, in the qualitative tests there were no significant performance differences detected between it and the other two top performers. Our conclusion is therefore that the cheaper gradient and three-base-image eigen methods should be used in preference, especially where the surfaces are Lambertian or near Lambertian.     

基于复用计算的大纹理实时合成

文中提出一种基于复用计算的纹理合成方法,逐步地利用已合成的部分纹理来生成更大的纹理块,以进行后续的纹理合成计算.由此,该方法可节省大量耗时的纹理块选择及缝合计算,提高了合成效率.实验表明,新方法可实时合成2048×2048像素的大纹理,而已有工作至多只能以交互的速度进行这样的合成.     

纹理的标准性和强标准性纹理的快速识别及合成

分析了纹理合成中时间开销最大的匹配过程,发现了对一类具有特征任意匹配性纹理,可以大大降低匹配精度甚至忽略匹配过程,从而加快纹理生成速度．通过对这类纹理特性的概括,引入了纹理标准性概念,利用可变尺度滑动窗口的灰度距离对标准性进行度量;并结合大量统计结果,给出纹理标准性区分标准,对强标准性纹理使用低精度的匹配或零搜索来合成纹理．实验结果证明,文中对于强标准性的纹理区分可靠有效,生成纹理的速度大大提高,且质量无明显降低．     

纹理混合与纹理传输

基于样本的纹理合成方法是继纹理映射、过程纹理合成等方法后发展起来的一种纹理拼贴方法 ,而在已有的算法中 ,绝大多数只能处理单纹理样本的合成 .提出一种新颖的可处理两个纹理样本的纹理混合方法 ,通过调整参数可以控制纹理在合成结果中所占的比例 ,利用之字形双向扫描提高合成纹理的质量 ,即第一行先按扫描线顺序 ,第二行从行尾点开始按反方向进行扫描 ,第三行又按扫描线顺序 ,如此往复 ,直至图像结尾 ;还提出一种简单的纹理传输方法 ,用户可以根据实际需求进行设计和调整 ,获得各种结果 .计算一幅 3 0 0× 3 0 0的图片可在几秒内完成 .     

基于特征提取的纹理合成算法

对于包含明显特征对象的纹理,现有的纹理合成算法会破坏样图中特征对象的完整性,使得合成的纹理效果不理想。针对该类型的纹理,本文提出了一种基于特征提取的纹理合成算法,该算法将纹理样图进行分层处理,一层是纹理上具有明显边界和完整形状的特征对象,一层是除去特征对象的背景。我们先将纹理上的特征对象提取出来,然后用剩下的纹理合成背景,最后将提取的对象按照样本中的分布规律撒播在背景上来生成纹理。实验表明,该算法能够较好地保证样本纹理中特征对象的完整性,合成效果比较理想。