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,过程纹理合成等方法后发展起来的一种纹理拼贴方法,可以避免以往方法中的接缝,走样,需要参数调整等问题,在图像编辑,计算机动画,数据高倍压缩,网络数据的快速传输,大规模场景的生成以及真实感和非真实感绘制等方面具有广泛的应用前景,从二维图像,曲面,视频3个方面,对基于样图的纹理合成方法进行了综述,分析了几种典型的合成算法,讨论了现有算法存在的问题和进一步的发展方向。     

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。     

基于约束的多样图纹理设计与合成算法

提出了多样图纹理设计的概念,将块拼贴纹理合成方法和点匹配纹理合成方法相结合合成纹理图案。利用块拼贴合成方法合成背景及一些前景的部分,避免了基于点的纹理合成所产生的条带化、模糊等现象。同时,采用点匹配的合成方法合成一些前景及一些前景的部分,解决了块拼贴在小区域覆盖到其他区域的问题,并且利用图像平滑技术,使拼接处自然过渡。由于采用了以上两个算法相结合,在合成速度上已经大大超过了徐晓刚约束多样图纹理合成算法。     

利用相关性的快速块拼贴纹理合成

通过总结已有的纹理合成算法,采用基于样图的纹理合成方式提出了一种快速块拼贴纹理合成算法。该算法基于纹理的相关性,在搜索最佳目标纹理块时,通过相关位置偏移技术在样图中映射出已合成块的地址,适时加入螺旋搜索方法,利用块边界匹配算法将搜索到的地址块进行匹配,直到找到符合误差阈值的纹理块然后进行输出合成。通过实验发现,算法在处理随机性纹理和结构性纹理时都能取得比原先算法更好的合成效果,合成时间也大大加快。     

应用粒子群优化算法的混合纹理合成*

应用粒子群优化算法作为像素寻优策略,应用于多样图纹理合成算法中,将群智能中经典的粒子群优化算法引入到纹理合成领域。应用粒子群优化多样图纹理合成方法是传统的基于像素纹理合成方法和基于块的纹理合成方法的折中,除能大大提高多样图纹理合成的速度,样图的质量也得到了很大改善。实验证明,该算法有效解决了徐晓刚混合纹理合成中输出纹理出现的条痕问题。     

带约束的基于样图地表纹理合成技术研究

在传统的视景仿真开发过程中,研究人员需要将海量的航空影像照片经过数字化等一系列处理变成可使用的地表纹理,映射在地形表面,生成地景数据库.此法耗费大量人力,而且地景库一经生成就不可再改变,真实性降低.提出一种新的地表纹理的生成方法,以随机生成的高度信息作为约束,不同的地表纹理单元作为样图,采用带约束的基于样图纹理合成算法合成出真实地表纹理图像.实验中,通过改变高程约束和对多种地表纹理进行组合,可以方便快速地合成高质量的二维地表纹理图像.提出的纹理合成的方法,为今后与数字地图相结合开发地景数据库,积累一定的经验.对提高视景数据库的真实性具有实际意义.     

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.     

基于样图的木材体纹理绘制方法

传统的体纹理绘制方法采用函数模型定义体纹理空间的颜色,模拟不同的纹理特征需要反复调整与测试相关参数,且在多数情况下不能获得令人满意的结果.以木材体纹理绘制为例,提出了一种基于样图的体纹理绘制新方法.该方法针对木材纹理的结构特点构造样图空间与体纹理空间的几何映射关系,采用木纹样图的像素纹理值定义体纹理空间的颜色.实验结果表明,绘制的纹理不仅较好地模拟了木纹样图中的纹理特征,而且在物体各表面交界处保持连续.由于纹理样图可根据用户需要任意选取,基于样图的体纹理绘制方法显著提高了计算机生成木纹的真实感与多样性.     

源自样图的树皮纹理合成技术研究

树皮的真实感表达是树木可视化中的一个重要问题。树皮表面纹理具有丰富的细节,并且树干不同部位的纹理质地可能会发生渐变,要真实模拟树皮纹理的这些效果并不简单。提出一种真实感树皮纹理的合成方法。该方法基于块纹理合成的思想,可以根据几块树皮样图纹理,实现树干部分整张树皮纹理的合成。采用这种合成方法,有效避免了采用一般纹理拼接方法所造成的纹理接缝问题。并且,该方法采用一种控制合成概率的策略有效实现了不同质地的树皮纹理之间的渐变,从而能够真实表现出树皮由老到嫩逐渐变化的效果。基于样本及边缘融合的方式实现了树皮疤痕效果的生成。实验表明,该方法可以有效生成带有生长变化特征的真实感树皮纹理,满足真实感绘制的需求。     

基于纹理块连贯性的纹理合成技术

纹理合成是当前计算机图形学、计算机视觉和图像处理领域的研究热点之一。文章对基于样图的二维纹理合成技术进行了研究,有机结合了前人的一些观点,在此基础上提出了一种新的算法:在Efros和Liang提出的块拼接纹理合成算法的基础上融入Ashikhmin提出的基于位置相对性的合成技术,并加入与视觉相关的权值,得到了很好的视觉效果。     

应用PSO的快速纹理合成算法

应用PSO的快速纹理合成算法是一种高效的纹理合成算法,应用粒子群优化(PSO)算法对基于块采样的纹理合成算法的搜索匹配过程进行了改进,改变了原算法的全遍历搜索过程,在不影响合成质量的前提下加快了合成速度．本算法对于按序和随机的各种应用都能在一台中等的PC机上几秒内合成高质量的纹理．并对算法执行中的粒子数、迭代次数对合成速度和合成效果的影响进行了详细的分析．     

Volumetric texture synthesis for non-photorealistic volume rendering of medical data

This paper presents a novel technique, called volumetric texture synthesis, for non-photorealistic volume rendering. It extends texture synthesis from 2D areas/3D surfaces to volumes. By selecting different texture samples, it allows for a wide variety of stylized rendering for the target volume. As a preprocessing step, volume data analysis is used to identify texture orientations for the volume. This is followed by volumetric texture synthesis, which generates 3D non-photorealistic textures along the identified texture orientations. Finally, standard volume rendering is applied to display the volume data decorated by the texture. Experimental results are provided in the paper.     

三维离散点采样表面基于全局优化的纹理合成算法

提出了一个直接在三维离散点采样表面上进行基于全局优化的纹理合成算法．算法首先对点模型表面进行基于协方差分析的递归式聚类削分，然后通过对各初始聚类进行优化调整和区域生长，得到更为均匀的计算单元块且使相邻单元块间具有重叠区域．基于所得到的计算单元块和样本纹理，在点模型表面上建立了一个全局的纹理合成能量方程，并采用最大期卑值算法迭代优化求解出一个全局的能量最小值．在全局优化算法中，通过加入的约束条件，进而给出了点模型颜色纹理的修复算法和流引导的可控纹理合成算法．由于点模型表面离散点元的稠密性，通过对离散点元的法向基于纹理合成结果进行相应的扰动，进一步增强了表面纹理的几何粗糙感．实验结果表明，该文的算法在点采样几何表面上有效地保持了生成的纹理结构和视觉效果的连续性和平滑性，得到了令人满意的结果。     

一种基于小波的人脸衰老化合成方法

提出了一种基于小波变换与纹理移植相结合的人脸衰老化合成(绘制)方法.首先,将衰老模板进行二维离散小波变换(2D discrete wavelet transform,简称2D DWT),提取出承载衰老皮肤纹理特征的高频子图与高通滤波后的低频子图;然后,将其与目标人脸图像的对应分量进行置换与融合,利用小波重构来完成衰老纹理向目标人脸的移植;同时,提取出年轻人群到年老人群在脸形上的平均变化,将其作用在目标人脸上以增强衰老化合成的效果.结合色彩渲染技术,设计实现了真实感人脸衰老化绘制的完整技术框架.实验部分分别将该方法应用于东西方人脸以及艺术图片,绘制结果显示出了具有真实感和感染力的效果.与基于PCA(principal components analysis),3D渐变模型、比例图等方法相比,该方法较好地解决了在人脸衰老化绘制中真实感与易操作性之间难以折衷的问题.     

艺术风格学习

提出一种基于实例的非真实感图像绘制算法，该算法利用两种纹理合成的基本方法，通过参数调整控制匹配点在结构与细节间的倾向性，把输入样图中的绘画风格传输到目标图片中，实现了自动绘画功能，另外，还提出一种搜索算法，该算法可以在大地加快纹理合成速度，实验证明文中算法十分有效。     

偏离映射的烙画风格绘制

针对非真实感绘制烙画艺术风格模拟技术中可能存在的背景单一、绘制速度慢以及缺少细节及写意效果等问题,提出一种自动的、基于偏离映射的烙画风格绘制方法。算法采用对烙画的前景和背景图像分别处理再进行融合的方法,首先通过边界扩充、种子点填充、L2距离优化等改进的纹理合成算法,将样本合成为烙画背景图像,扩展了背景题材;其次,采用各向异性滤波平滑前景图像的结构张量场,并沿张量场局部曲线方向进行线积分卷积计算的方法突出了烙画前景写意风格的特点,同时通过图像增强技术增强了局部细节和结构信息。此外,采用改进的Phong光照明模型将前景图像偏离映射到背景图像中。最终的实验结果突出了细节信息和写意效果,增强了艺术表现力,提高了绘制速度,能模拟出真实的烙画艺术效果。     

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.     

基于动态纹理载入的大规模数据场体绘制

为克服图形硬件对传统纹理映射体绘制的限制,提出了一种在普通PC上进行大规模数据场体绘制的有效方法。该方法中,体数据被划分为合适大小的数据块,这些数据块被动态的载入图形硬件,并利用3维纹理映射进行绘制。在整个绘制过程中,仅有一个数据块存储在图形硬件上,有效地提高了对大规模体数据的绘制能力。同时,充分利用目前PC图形硬件成熟的可编程特性,通过对梯度的实时计算来减少在传统纹理映射体绘制中巨大的内存消耗。实验结果表明,该方法在普通PC上可以对超过纹理内存容量的大规模体数据进行交互式体绘制。