一种基于匹配相容性的纹理合成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于匹配相容性的纹理合成方法，属于计算机算法、计算机图形技术、纹理生成技术领域，该方法包括以下步骤：１）将样本纹理分成可反映其全局性纹理特征的纹理块；２）为每个纹理块生成其相应的匹配相容纹理块集合；３）随机选择一个纹理块，放置在待合成的目标纹理的一个角上，从相应的匹配相容纹理块集合中选择相配的纹理块，开始纹理合成；４）根据已合成部分纹理块逐步地约束生成待合成部分，直至完成目标纹理合成。本发明专利技术不需要在线地进行复杂的相似性计算，可极大地减少每次选用纹理块时需要考察的纹理块数量，由此很好地提高纹理合成的速度，能以交互的速度生成１０２４＊１０２４大小的纹理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纹理合成方法，属于计算机算法、计算机图形技术、纹理生成技术领 域，具体说是一种基于匹配相容性来提高纹理合成效率的合成算法。
技术介绍
纹理合成技术能根据一小块的样本生成视觉上很相似的大块样本，这样可有效重用光 照和色彩的计算或测量的结果，以便以较少的开销生成高质量的绘制结果。这种技术在真 实感绘制、虚拟现实等很多领域有着很重要而广泛的应用。目前纹理合成技术主要是根据 马尔可夫链概率模型进行计算，即任一位置的色彩是由它附近一定范围内的其它色彩分布 所决定的。根据计算的范围大小，纹理合成技术分为局部合成技术和全局合成技术。局部 合成技术就是根据较小的一个范围内的色彩分布来推断邻近区域位置的色彩，这类方法一 般来说速度比较快，但对于纹理的全局性特征难以有效保持。而全局合成技术，则先随机 生成目标纹理大小的一个纹理，然后基于全局性的纹理特征的相似性度量，对目标纹理进 行整体性的逐步优化，以得到最后的目标纹理，这种方法能有效反映纹理的全局性特征， 但计算速度比较慢。目前，合成质量最好的方法是全局合成方法纹理优化(texture optimization) (Kwatra V， Essa I， Bobick A， et al. Texture optimization for example-based synthesis. ACM Trans. Graph, 2005， 24(3): 795-802),而合成速度最快的方法是并行可 控纹理合成方法(parallel controllable texture synthesis) (Lefebvre S， Hoppe H. Parallel controllable texture synthesis. ACM Trans. Graph., 2005， 24(3): 777-786)。从 纹理合成的应用需求来看，快速生成高质量的纹理是必须的，因此，纹理合成技术近年来 一直是国际上的热点研究内容。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出。本专利技术的技术方案如下，包括以下步骤1) 将样本纹理分成可反映其全局性纹理特征的纹理块；2) 为每个纹理块生成其相应的匹配相容纹理块集合；3) 随机选择一个纹理块，放置在待合成的目标纹理的一个角上，从相应的匹配相容 纹理块集合中选择相配的纹理块，开始纹理合成；4) 根据已合成部分纹理块逐步地约束生成待合成部分，直至完成目标纹理合成。 所述步骤1)采用纹理块的信息包容性度量参数和周期性度量参数来划分纹理块。 所述步骤2)根据纹理块在重叠区域的误差计算两纹理块是否匹配，以穷举搜索方法找到每个纹理块的左、右、上和下4个匹配相容纹理块集合。进一步，所述误差计算方法为error=;0,-^)2， i表示重叠区域的一个象素坐标，尸,表示位于i位置的来自纹理块尸的象素的色彩，G表示位于i位置的来自纹理块。的象 素的色彩。进一步，对匹配相容纹理块集合进行优化处理，具体步骤如下对每个纹理块，根据其所生成的左、右、上、下4个匹配相容纹理块集合，生成其左 上、左下、右上、右下4个匹配相容纹理块集合；并根据这4个新生成的匹配相容纹理块 集合，对原来的4个匹配相容纹理块集合进行优化计算，即删去那些可能引起匹配冲突的纹理块。不失一般性，根据左上集合进行优化计算的步骤如下对左集合中的任一纹理块，如果它的上集合与左上集合没有交集，则将这一纹理块从左集合中删去；同理对右、上、下集合进行同样的处理，完成优化处理。所述步骤3)开始纹理合成时，根据该块的右上匹配相容纹理块集合，从中选择一个 纹理块放置在其右上方向的位置；最后根据这两个纹理块开始分别向左、向下进行逐步的 纹理块选择，完成一个层次的纹理合成。所述步骤4)通过回溯计算来化解一些匹配冲突，具体步骤如下-.当约束寻找一个待合成的纹理块时，如果其相邻的已合成的纹理块在约束计算时的相 关交集为空，则要对这些相邻的已合成的纹理块进行更换，以使得相关的交集不为空，能 生成待合成的纹理块；对由这些被更换的纹理块所约束生成的纹理部分，也要进行重新的合成计算以进行更新。本专利技术的优点和积极效果通过计算每个纹理块可以拼合的匹配相容纹理块集合，使得合成计算时可方便地从这 样的集合中选用合适的纹理块，而不需要在线地进行复杂的相似性计算，并且这样也可极 大地减少每次选用纹理块时需要考察的纹理块数量。因此，本专利技术可很好地提高纹理合成的速度，其时间复杂度是0(n)，这里n是目标纹理的象素数目；基于匹配相容纹理块集合的建立能极大地减少匹配计算的数据搜索空间，因此本专利技术可以以交互的速度生成 1024*1024大小的纹理，这是现有技术做不到的。附图说明图l是本专利技术的方法流程图图2是本专利技术合成纹理的处理顺序示意图(a)表明贴有纹理的部分是己合成的部分，阴影部分是正要合成的部分，而空白部 分是将要合成的部分；图(b)表明，先合成对角线上的一块纹理，然后沿着箭头方向分别向左、向下合成纹 理，以完成一个层次的纹理合成；图(c)表明多个层次的纹理合成顺序；图3是本专利技术与并行可控纹理合成方法的计算时间对比； 图4是本专利技术与纹理优化方法、并行可控纹理合成方法合成质量的对比； 图5a)是本专利技术以交互速度生成的1024*1024的大纹理，用时350ms; 图5b)是本专利技术以交互速度生成的1024*1024的大纹理，用时261ms。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述如图1所示,本专利技术的方法包括下列两个主要步骤第一阶段是预处理阶段，对样本 纹理进行优化的分块计算，然后为每个纹理块建立相应的优化的匹配相容纹理块集合；第 二阶段是根据第一阶段的结果在纹理合成计算时采用高效的纹理块选择计算，以快速生成 高质量的纹理。上述第一阶段的实现步骤如下1)根据文献(王一平，王文成，吴恩华.块纹理合成的优化计算.计算机辅助设计与图形学学报，2006， 18(10): 1502-1507)的方法计算纹理块的优化划分尺寸和形状， 即探测不同尺寸和矩形形状的纹理块划分对样本纹理周期性全局特征的反映程度，以此来 决定纹理块的划分。具体地，要计算两种度量参数，纹理块的信息包容性度量和纹理块的 周期性度量，并以这两种度量参数都比较好的纹理块大小作为划分的选择(这是相对而言 的，对不同的纹理的要求是不同的； 一般先取各自前20%最好的，然后看这两者所选出的 块大小是否有重叠的，如果有，则进一步提高要求，比如前10%最好的；如果没有，则降低要求；直至找到这样的重叠的块大小的个数很少时即停止)。这两种参数的计算步骤如 下纹理块的信息包容性度量一种尺寸大小的纹理块的信息包容性是指这样大小的纹理块对样本纹理信息的包容 反映程度。其计算步骤如下-(1) 计算样本纹理的灰度直方(2) 依次取出每一个这样大小的纹理块，计算其灰度直方(3) 将纹理块和样本纹理的灰度直方图归一化，并计算它们之间的欧式距离。距离越 近，则纹理块对样本纹理的信息全局性特征有更好的反映。(4) 如果该尺寸下的大部分(比如90%以上的)纹理块都与样本纹理的全局性特征相近， 那么该尺寸下的纹理块就具有好的信息包容性。纹理块的周期性度量将样本纹理均匀地划分成比较大的网格，然后对每一种可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于匹配相容性的纹理合成方法，包括以下步骤：　１）将样本纹理分成可反映其全局性纹理特征的纹理块；　２）为每个纹理块生成其相应的匹配相容纹理块集合；　３）随机选择一个纹理块，放置在待合成的目标纹理的一个角上，从相应的匹配相容纹理块集合中选择相配的纹理块，开始纹理合成；　４）根据已合成部分纹理块逐步地约束生成待合成部分，直至完成目标纹理合成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王文成，刘飞彤，黄沛杰，吴恩华，
申请(专利权)人：中国科学院软件研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]