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.     

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．     

基于微粒群算法的纹理合成图像修补方法

提出了一种基于微粒群算法（PSO）的纹理合成图像修补方法。针对基于块的纹理合成算法中常用的匹配块全搜索效率低下的问题,对候选区域采样确定初始微粒,利用PSO算法搜索得到最优匹配块。实验结果表明了方法的有效性。     

在点模型上实现三维纹理合成的算法

为了避免网格重建过程而直接在三维点采样表面上进行纹理合成,研究了在点模型上的三维纹理合成的算法。利用KDtree这种数据结构在离散采样点上构建点与点的邻域关系,通过投影和建立匹配窗得到每一个待合成纹理的点与样图的映射关系,根据映射关系在样图中找出与待定点纹理值最佳匹配的点。最后将该匹配点的纹理值赋给待定点,同时结合邻域关系实现多点同时赋值。实验结果表明,该算法能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,具有耗时短、灵活可控、较好的鲁棒性等特点。     

基于QPSO的纹理合成算法

针对PSO算法搜索空间有限,容易陷入局部最优点的缺陷,提出一种以块算法为基础,量子粒子群优化算法（QPSO）为优化策略的纹理合成方法。实验结果表明,与标准PSO算法相比,由于量子粒子群优化算法（QPSO）显著的全局收敛性,这种新型的纹理合成方法,使最后的合成图像中采样块结合处更流畅,纹理更细腻。     

螺旋线轨迹在纹理合成算法中的应用

本文在MRF模型和已有块拼贴算法的基础上,根据纹理的邻域相关性以及匹配点的位置分布在上次合成匹配点邻域的概率较大这一特点,直接选取前一匹配块的相邻块为待选最佳匹配块,使算法能够快速地采样到最优匹配块,并能较好的保持合成纹理的邻域相关性;同时,采用螺旋顺序逐块合成纹理,能够加强对合成过程的约束,克服了合成过程中不连续区域的出现。本文算法较好的维持了样本图的结构特征,在保证纹理合成质量的同时,能够有效的减少算法的计算量。     

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．     

结合图像细节特征的全局优化纹理合成

提出了一种结合图像细节特征的全局优化纹理合成算法.作者利用非线性分解方法获取纹理细节作为特征图,将其作为纹理图像一个新的信息通道来引导纹理合成.联合图像细节信息通道和颜色通道,在图像上建立了一个全局的纹理合成能量方程,采用最大期望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,构建样本纹理和待合成纹理之间的各个信息通道直方图匹配算法,进一步提高纹理合成的质量.文中同时给出了结合细节特征的图像和视频纹理合成算法,实验结果表明,文中的方法较好地解决了纹理合成中合成的纹理图像结构不连续或特征结构容易断裂等问题.     

基于几何细节建模和双向纹理函数的真实感羽毛

根据羽毛具有近似规则的微观几何结构特点,提出了一种基于高精细几何细节建模和双向纹理函数的真实感羽毛建模和绘制算法。算法首先对羽毛进行基于Bezier或Hermite的参数化羽毛建模,进一步建立羽轴和羽枝的曲线管状体细节几何模型并离散网格化获得羽毛的高细节网格模型;最后利用该羽毛模型在不同光照和视线条件下采样的双向纹理函数（BTF）纹理和羽毛内在纹理合成的方法绘制基于BTF的真实感羽毛。     

一种新的纹理合成算法

本算法以马尔可夫随机域(Markov Random Field)模型合成纹理,使用图象金字塔(Image Pyramid)的方法,以一个样本纹理图象作为输入,在样本纹理图象中随机抽取一块很小的区域作为合成纹理图象的种子区域,在种子区域的边缘按照螺旋顺序合成.在合成纹理图象的每个像素时,通过候选列表搜索、全局搜索和中心搜索相结合的方法,在候选列表搜索和全局搜索中使用不同大小的邻域搜索其匹配点,能够快速准确地找到最优的匹配点.实验表明,这种算法对于大多数纹理都能取得很好的效果.     

A unified method for appearance and geometry completion of point set surfaces

This paper presents a novel approach for appearance and geometry completion over point-sampled geometry. Based on the result of surface clustering and a given texture sample, we define a global texture energy function on the point set surface for direct texture synthesis. The color texture completion is performed by minimizing a constrained global energy using the existing surface texture on the surface as the input texture sample. We convert the problem of context-based geometry completion into a task of texture completion on the surface. The geometric detail is then peeled and converted into a piece of signed gray-scale texture on the base surface of the point set surface. We fill the holes on the base surface by smoothed extrapolation and the geometric details over these patches are reconstructed by a process of gray-scale texture completion. Experiments show that our method is flexible, efficient and easy to implement. It provides a practical texture synthesis and geometry completion tool for 3D point set surfaces.     

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。     

Detail-generating geometry completion for point-sampled geometry

In this paper, we present a novel method for detail-generating geometry completion over point-sampled geometry. The main idea consists of converting the context-based geometry completion into the detail-based texture completion on the surface. According to the influence region of boundary points surrounding a hole, a smooth patch covering the hole is first constructed using radial base functions. By applying region-growing clustering to the patch, the patching units for further completion with geometry details is then produced, and using the trilateral filtering operator formulated by us, the geometry-detail texture of each sample point on the input geometry is determined. The geometry details on the smooth completed patch are finally generated by optimizing a constrained global texture energy function on the point-sampled surfaces. Experimental results demonstrate that the method can achieve efficient completed patches that not only conform with their boundaries, but also contain the plausible 3D surface details.     

点模型的几何图像简化法

提出一种基于几何图像的曲率自适应点模型简化算法.首先将点模型的球面极坐标映射到平面上,构造其几何图像;然后利用几何图像确定点模型中点的k-最近邻域及其曲面变分;最后结合曲面变分和简化密度对点集曲面重采样,并通过移动最小二乘曲面评估简化的误差.实验结果表明,该算法执行速度快、易于控制采样密度和保持曲面细节,且能够生成高质量的简化曲面.     

点模型的多分辨率形状编辑

提出了一种基于几何细节映射的点模型的形状编辑方法.几何细节是曲面的一个重要属性,定义几何细节为原始曲面及其基曲面之间的向量差,该基曲面由多层次B样条所构成.通过基曲面上的局部仿射坐标,则可以得到与之对应的多分辨率几何细节表示,曲面的低频信息和高频信息易被用户所指定的频段分离.通过调节基曲面的形状,再将这些几何细节映射上去,可以对模型进行保细节的变形;如果将几何细节映射到其他物体上,将可以得到几何细节迁移的结果.为点模型开发了多种特征保持的编辑算子,实验结果表明,所提出的方法是一种有效的点模型造型算法.     

Differentials-Based Segmentation and Parameterization for Point-Sampled Surfaces

Efficient parameterization of point-sampled surfaces is a fundamental problem in the field of digital geometry processing. In order to parameterize a given point-sampled surface for minimal distance distortion, a differentialslbased segmentation and parameterization approach is proposed in this paper. Our approach partitions the point-sampled geometry based on two criteria： variation of Euclidean distance between sample points, and angular difference between surface differential directions. According to the analysis of normal curvatures for some specified directions, a new projection approach is adopted to estimate the local surface differentials. Then a k-means clustering （k-MC） algorithm is used for partitioning the model into a set of charts based on the estimated local surface attributes. Finally, each chart is parameterized with a statistical method -- multidimensional scaling （MDS） approach, and the parameterization results of all charts form an atlas for compact storage.     

Synthesis of Color Textures for Multimedia Applications

An algorithm for synthesizing color textures from a small set of parameters is presented in this paper. The synthesis algorithm is based on the 2-D moving average model, and realistic textures resembling many real textures can be synthesized using this algorithm. A maximum likelihood estimation algorithm to estimate parameters from a sample texture is also presented. By combining the estimation and synthesis algorithms, a color texture can be synthesized from a sample texture without human intervention. Using the estimated parameters, a texture larger than the original image can be synthesized from a small texture sample. The synthesis algorithm does not require an expensive iterative algorithm, and the quality of synthesized textures may be acceptable for many multimedia applications. In the experiment, various textures suitable for multimedia applications are synthesized from parameters estimated from real textures.     

Synthesis and rendering of bidirectional texture functions on arbitrary surfaces

The bidirectional texture function (BTF) is a 6D function that describes the appearance of a real-world surface as a function of lighting and viewing directions. The BTF can model the fine-scale shadows, occlusions, and specularities caused by surface mesostructures. In this paper, we present algorithms for efficient synthesis of BTFs on arbitrary surfaces and for hardware-accelerated rendering. For both synthesis and rendering, a main challenge is handling the large amount of data in a BTF sample. To addresses this challenge, we approximate the BTF sample by a small number of 4D point appearance functions (PAFs) multiplied by 2D geometry maps. The geometry maps and PAFs lead to efficient synthesis and fast rendering of BTFs on arbitrary surfaces. For synthesis, a surface BTF can be generated by applying a texton-based sysnthesis algorithm to a small set of 2D geometry maps while leaving the companion 4D PAFs untouched. As for rendering, a surface BTF synthesized using geometry maps is well-suited for leveraging the programmable vertex and pixel shaders on the graphics hardware. We present a real-time BTF rendering algorithm that runs at the speed of about 30 frames/second on a mid-level PC with an ATI Radeon 8500 graphics card. We demonstrate the effectiveness of our synthesis and rendering algorithms using both real and synthetic BTF samples.     

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.