[發明專利]一種基于地形高程值的紋理合成方法

無效

• 申請號: 201010294766.7
• 申請日: 2010-09-28
• 公開（公告）號: CN101950428A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 張潔;鄭昌文;呂品
• 申請（專利權）人: 中國科學院軟件研究所
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T11/40
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 馮藝東

技術領域

本發明屬于計算機圖形學中紋理合成的領域，涉及一種基于地形高程值的紋理合成方法。

背景技術

紋理合成技術是近十年來計算機圖形學領域的熱點技術之一，具體可以分為以下兩大類：

1、基于像素的紋理合成。基于像素的紋理合成依據馬爾科夫隨機過程而產生，是紋理合成領域出現較早的一種技術。這種依賴于隨機過程紋理合成算法的速度與合成效果一直是其發展的兩個瓶頸。

2、基于片(patch)的紋理合成。基于片的紋理合成是紋理合成領域的主流技術，隨著紋理合成技術研究的不斷深入，又逐步發展形成表面紋理合成、動態紋理合成以及流指導的紋理合成等一系列新的分支。

雖然紋理合成技術多種多樣，但目前專門針對地形的紋理合成技術尚不發達；而且由于針對地形的紋理生成操作的復雜性，大多數針對地形的紋理合成算法的效率都較低，這無疑限制了紋理合成技術在對實時性和交互性要求較高的地形可視化系統中的應用。

在動態的地形可視化系統中，由于地形的拓撲結構和相關的屬性會在運行時根據實際情況發生變化，在編譯時無法確定具體的地形變化方式，因此只有在運行時根據地形發生變化以后的采樣點信息動態生成與當前地形模型相匹配的紋理圖像，才能滿足真實感的紋理映射要求，渲染出逼真的地形場景。

發明內容

本發明提出一種基于地形高程值的紋理合成方法，以地形中采樣點的高度值為依據，可以根據地形高度的變化實時生成與地形高度相匹配的紋理信息，在效率與真實感方面都符合動態地形可視化系統的要求。

本發明方法的理論依據為：

在現實中，地表的景觀往往根據高度的不同而表現出很大的差異，因此，在地形可視化系統中，基于地形采樣點高程值的紋理合成技術可以自然地反映出地表紋理根據高度的不同而發生的改變。

另外，在動態地形可視化場景中，由于場景中的物體與地形表面的接觸、擠壓以及碰撞等原因所造成的地形表面的形變是動態地形場景相比于普通的地形可視化場景而言需要額外建模的部分，比較常見的地表形變模型主要有彈坑、車轍以及腳印等。本發明基于地形高程值的紋理合成方法可以自然地表現各種地表形變模型的真實視覺效果，主要原因有：

A)在地表形變模型生成的過程中，原始地形的拓撲結構與紋理屬性發生變化最大的部分往往是模型中高度最低的部分，因此越是高程值小的地表形變區域紋理信息改變越明顯。基于地形高程值的紋理合成算法可以很好地表現地表形變模型的這一特性；

B)由于地表形變模型需要加入到原始的地形模型中才能顯示地形表面的具體形變，因此只有地表形變模型的紋理信息與原始地形模型的紋理信息之間達到自然的融合與過渡，才可能使生成的動態地形場景具有真實感。基于地形高程值的紋理合成方法通過加權的方式處理屬于不同高度區間的紋理信息的平滑過渡，避免了明顯的紋理跳躍現象的產生。

為了敘述方便，將輸入的各個原始紋理圖像稱為侯選紋理圖像；將最終合成的紋理圖像稱為結果紋理圖像。所述原始紋理圖像是一張張大小相同的圖像，圖像的大小可以根據地形模型覆蓋面積的大小調整，所有原始紋理圖像都是事先存儲在計算機磁盤上。

為了實現本發明的上述目的，采用的技術方案概述如下：

一種基于地形高程值的紋理合成方法，包括步驟：

1)獲取原始紋理圖像；

2)將地形模型中的采樣點按高度劃分為n個子集H_i，1≤i≤n，其中i、n均為整數；

3)建立原始紋理圖像與采樣點子集邊界值之間的映射關系；

4)獲取結果紋理圖像中像素點的相關原始紋理圖像，對相關原始紋理圖像取權值；

5)采用加權求和的方法生成結果紋理圖像中的各個像素值，完成紋理合成。

所述步驟1)原始紋理圖像為事先存儲在計算機磁盤上大小相同的圖像。

所述步驟2)子集的劃分為首先獲取地形中所有采樣點的高度的最大值h_max和最小值h_min的差值，然后將這個差值平均分成n個區間，每個區間的長度為所有區間中最小的左值為h_min，最大的右值為h_max。

采用如下公式表示每個子集：