[發明專利]基于基元重組的紋理設計與合成方法

有效

• 申請號: 201110350537.7
• 申請日: 2011-11-08
• 公開（公告）號: CN102426708A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 桂彥;馬利莊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06T11/20
• 分類號: G06T11/20
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

技術領域

本發明涉及一種紋理設計與合成方法，尤其是涉及一種基于基元重組的紋理設計與合成方法。

背景技術

在計算機視覺和計算機圖形學中，紋理是增強物體表面細節的重要手段。在繪制大規模且復雜場景時，通常需要豐富的紋理來增強場景的真實感。然而，由于采樣區域的局限性，所獲取的紋理樣圖通常為小塊紋理，難以滿足繪制的需求。為此，必須進行大量紋理的生成。目前，最常用的紋理生成技術包括過程紋理合成和基于樣本的紋理合成。過程紋理合成是一種非常重要的紋理生成技術，通過對紋理的生成過程進行模擬從而產生新的紋理。過程紋理合成效果很好，可以獲得非常逼真的紋理，但不足之處在于：對每一類新的紋理，需要調整參數和反復測試，非常不便，有的甚至無法得到有效的參數。這些缺點降低了過程紋理合成技術的實用性，使得它只適用于非常有限類別的紋理。基于樣本的紋理合成是另一種非常重要的紋理生成技術，它根據用戶給定的樣本紋理，自動生成一個視覺上與之相似的新紋理。基于樣圖的紋理合成技術避免了過程紋理合成參數調整的繁瑣。這類方法又包括基于像素點的紋理合成和基于塊的紋理合成。基于像素點的紋理合成對于隨機紋理能產生較好的合成效果，而對于那些結構性較強的規則/近似規則紋理，合成效果較不理想。此外，由于窮盡的匹配點搜索方式，合成效率非常低。基于塊的樣圖紋理合成利用紋理鄰域的相關性能夠達到較好的合成效果，而且加快了紋理合成速度，擴大了紋理的應用范圍。然而，現有基于樣本的紋理合成是一個無用戶干預的全自動合成過程，還不足以通過控制紋理特征的分布、位置和形狀等信息，使得合成過程達到實時的要求且產生多樣的輸出結果。因此，還需要一些方法來改進現有的紋理合成技術。

基元(Texel)是構成紋理圖像的基本紋理元素，每個基元是相互獨立的且具有有限空間范圍的個體單元。基元不同于紋理圖像中的單個像素點，或者紋理子塊，主要的特點是基元具有完整的結構特征。通過對基元進行操作與控制，一方面可以提高紋理合成的效率；另一方面可以產生多種多樣的新紋理且保持合成紋理中結構特征的一致性。現有的基于樣本的合成技術對基元的抽取和控制方法甚少涉及，即使涉及，也是基于樣本的參照信息，如基元在樣本中的分布和類別等。由于需要假定所給樣本紋理中存在可利用的參照信息，這使得合成的輸出結果通常是單一的。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于基元重組的紋理設計與合成方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于基元重組的紋理設計與合成方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)基元抽取；

2)基元分類；

3)基元分布生成；

4)基元放置與變形；

5)后處理。

所述的步驟1)基元抽取具體為：

11)針對給定的樣本紋理圖像，首先采用傳統的伽柏小波變換對樣本紋理圖像中的紋理特征進行分析；

12)然后采用基于紋理特征連續性的水平集方法對樣本紋理圖像進行分割，從而獲得單個的紋理基元。

所述的步驟2)基元分類具體為：

21)對于已抽取的基元，首先獲取每一個基元的邊界輪廓點；

22)其次，采用基于形狀上下文的描述子描述每一基元輪廓點的分布情況，通過量化獲得這些輪廓點的特征向量；

23)最后，利用這些量化信息，通過比較基元之間的輪廓差異，對所有已抽取基元進行分類；

所述的步驟3)基元分布生成具體為：

用戶利用簡筆畫的方式自定義紋理的生成模式，以該模式為基元的初始分布，按照生成模式中提供的生成規則逐一擴展基元的分布，從而在待合成紋理中計算基元的位置以及分配相應的基元類別屬性。

所述的基元放置與變形具體為：

41)在待合成紋理中，根據每一個位置及其相應的類別信息在已抽取基元中為這些位置點選擇具有相同類別的最佳匹配基元；

42)如果待合成紋理是空白畫布時，則采用直接覆蓋的方法將所選最佳匹配基元放置在每一個位置上；此時，采用基于圖分割的拼接方法處理基元之間的重疊區域；若待合成紋理是具有背景模式的畫布時，則采用基于均值坐標的圖像融合方法放置所有最佳匹配基元。

所述的步驟5)后處理具體為

針對在基元放置過程中產生的過分重疊和較大的空洞，采用TPS變形技術改變基元的形狀；如果在待合成紋理中仍然存在空洞，則采用基于樣例的圖像修補方法填補這些空洞。