本发明专利技术提出一种与用户交互式结构性纹理的合成方法，首先，根据用户输入网格或者是从样图中提取出的网格生成一个跟样图网格模式相同的理想大小的目标网格，之后用户可以添加各种合成模式以进行纹理设计，然后依据本发明专利技术提出的特征距离的概念对这个目标网格进行初始化，最后结合本发明专利技术提出的像素方向特征并行合成出结果纹理。本发明专利技术对于具有结构的纹理得到了很好的合成效果，而且在帧率上利用GPU的并行性实现了可交互纹理设计与合成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构性纹理的交互设计与合成的
，具体涉及。
技术介绍
本专利技术主要关注了具有结构信息纹理的交互设计与合成，最近的成果包括了基于特征的纹理合成、纹元重排列、块的拼接方法以及实时纹理合成。基于特征的纹理合成纹理中的特征多种多样，包括了形状、大小、方向、纹元颜色等等，所以近年来有很 多研究都着眼于此。Wu等人从样图中提取出小的容易获取的结构特征如曲线、褶皱等的分布图，然后特征的匹配及变形构建出一个大的特征分布图从而完成整个合成过程。Hays对于近规则纹理合成提出了一种较好的方法，首先从样图纹理中依据近似规则的拼接由用户参与提取出分布小格子，几何变形场的构建可以提供几何数据用于格子形状的变形，从而合成结果。Dischler等人利用了一个无缝的网格以及样图，首先拼接出一个大的网格图，接着依据从样图中提出的网格信息通过其优化方法对网格图进行变形。特征同样被用于加强纹理合成变化，Velho的方法就能得出这样的结果，它将特征进行变形混合从而引入了形状及纹元的变化，进而得出具有丰富变化的纹理结果。Zara从样图中提取出多个特征分布图，再利用变形方程得出一个单一复杂的的插值结果。Ray利用一个等级集平滑方法进行特征变形，限定了利用给定样图进行纹理的合成。相比较于在整个特征图上进行全局形变，Ruiters等人只是在局部进行特征的插值，然后利用块混合的方法进行合成。纹理特征不仅仅能够在空间上进行变换，在时间上也能进行变化得出良好效果，Narain就从动态的流体现象中提取出特征信息，然后在视频中合成出动态的效果。本文方法同样是基于特征的纹理设计与合成。相对于上述这些方法，本方法避免了对用户输入大网格的严格要求，同时保持了样图以及输入网格的特征，在这个基础上添加的模式。信息为纹理设计带来了更大的灵活性。纹元重排列特征图不仅仅是包含了形状、大小、方向、颜色等信息，同样包含了纹元的排列信息。Zhou Kun等人在特征图合成时加入了纹元密度、分布等信息，此方法在模拟大自然中的纹理时获得了很好的效果。Ray等人引入了材质坐标系用于对纹元进行重排列。相较于特征图，控制图则在更高的水平上加强了对于纹元排列的控制。Reng, Kwartra, Wei Liyi等人都是利用了一个输入控制图对纹元排列进行指导。近年来，Rosenberger自动的从给定样图中获取其层次控制图，进而进行纹理合成。除此之外，还有其他的方法用于纹元的排列。Ijiri提出了一种局部生长的过程性的方法用于纹元的生长排列得出了良好的效果。Zelinka利用了三维空间的褶皱信息用于模式的重排列。本专利技术方法，从给定样图中提取出的网格信息可以用于对纹元的重排列。块拼接基于块拼接的纹理合成方法最主要的问题便是如何去除掉拼接处的缝隙。Cohen等人提出了一个由从样图中提取出的Wang Tiles集合，得到连续分布的纹理合成方法。Kwatra, Efros利用误差函数,在两个块的重复部分找出一条最小代价的Graphcut,进而将两个块放在一起。Clapworthy提出了对于非规则形状的块进行边的切割，然后得出在视觉上具有最小非连续性的新图像的方法。Praun更进一步讨论了在3D表面的对非规则块进行优化从而得出满意效果的解决方法。 在本专利技术方法中有两个步骤用到了块的信息一个是纹理网格的构造，我们会首先通过一个边匹配代价方程从样图网格中提取出一个无缝的网格；另一个是光栅化阶段网格的初始化部分，在这里我们会通过一些变形放缩方法将从样图中提取出的块放入结果网格中。实时纹理合成在计算机图形学中，纹理合成是一个耗时工作，研究者们提出了额、各种方法试图解决实时纹理合成的问题。其中一个想法便是预计算。Zelinka首先通过预计算分析了样图纹理，每个像素的邻域信息都存储在了 jump map中，就是通过这个jump map可以大大加快整个合成的速度。几何空间的结构信息同样可以帮助加快纹理合成的速度。在Michel Dischler中，首先是通过快速构建样图的二维几何信息，在光栅化时结合GPU利用这些信息并行的快速得出结果纹理。另一种减少时间开销的方法是通过块合成方法。在方法Hays中，作者依据马尔科夫随机理论，摒弃了基于像素的合成而采用块的合成大大加快了合成进程，并且取得了很好的效果。随着GPU并行处理数据能力的增强，很多并行合成方法被提出来用于提高合成的效率。Lefebvre等人结合了传统的多分辨率技术与并行处理方法获得了实时合成结果的高质量的纹理。本专利技术的目标是提出一种可以跟用户进行交互的纹理设计与合成方法。所以我们不能通过预计算加快速度。本专利技术结合了基于块的思想跟并行合成方法，可以完成跟用户的交互过程。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供，对于用户提供的输入网格或者从样图中提取出的样图网格，快速的合成出与其模式相一致的结果网格。对于结构性的纹理，结合像素的距离与方向特征快速的合成出结果纹理，完成与用户的交互式纹理设计与合成。本专利技术解决上述技术问题的技术方案为，包括以下步骤步骤(I)、结果纹理的结构信息合成根据用户输入的或者是从样图中提取出的网格进行分析，首先得到无缝的网格块，所述的无缝的网格指的是其上边界与其下边界、左边界与右边界分别完全重叠在一起；然后将这个无缝的网格块进行简单拼接形成理想大小的网格块，最后对这个理想大小的网格块进行优化得到最后的结果纹理的网格信息；步骤(2)、结果纹理的初始化完成对于结果纹理的边界与非边界区域的初始化，对于边界的初始化，利用了像素到其最近边的距离特征在样图中寻找一个与其距离特征最为相似的像素进行赋值；对于非边界像素，将纹理划分成两 个大类分别进行处理第一类是对于变形不明感的纹理，对于该纹理上的每个由网格划分出的块，在样图中随机的找到一个块进行拉伸填充；第二类是对拉伸敏感的纹理，对于这类纹理上的块，在样图中找到一个块，根据这两个块半径的比例，对样图块进行整体的放缩然后填充初始化；步骤(3)、基于邻域的并行像素合成利用了像素的方向特征对其邻域进行旋转从而找到更加适合的样图像素，提高合成质量。进一步的，所述的第一类纹理具体是石块的形变不明感的纹理。进一步的，所述的第二类是纹理具体是花朵的拉伸等形变操作敏感的纹理。本专利技术的原理在于(I)为了从用户输入网格合成出理想大小的目标网格，首先需要寻找一块无缝网格，寻找方案是随机在输入网格上割取网格块，利用本专利技术提出的代价方程计算出每个块的自匹配代价，找出代价最小的块作为无缝候选块。根据一定规则移动无缝候选块的顶点使其成为无缝块。拼接无缝块获取初始的目标网格，最后对目标网格进行优化得到结果网格。(2)对于边界像素，根据其距离特征，在样图中选择与其特征最为相似的像素进行初始化。对于非边界像素，则采用对样图块的拉伸或者整体块放缩方法来填充结果纹理块，从而完成整个初始化步骤。(3)利用方向特征，对初始化了的结果纹理中每个像素的邻域进行旋转，得出最佳的邻域，然后并行的采用邻域匹配方法在样图中搜索最佳的匹配像素从而合成出结果纹理。与原有方法相比，本专利技术首先能够依据用户输入的网格或者是从样图提取的网格合成出理想大小的并且与远网格保持同一模式的结果网格，而不用严格的要求用户输入一张大的结果网格；加入了像素的距离与本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种与用户交互式结构性纹理的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤（1）、结果纹理的结构信息合成：根据用户输入的或者是从样图中提取出的网格进行分析，首先得到无缝的网格块，所述的无缝的网格指的是其上边界与其下边界、左边界与右边界分别完全重叠在一起；然后将这个无缝的网格块进行简单拼接形成理想大小的网格块，最后对这个理想大小的网格块进行优化得到最后的结果纹理的网格信息；步骤（2）、结果纹理的初始化：完成对于结果纹理的边界与非边界区域的初始化，对于边界的初始化，利用了像素到其最近边的距离特征在样图中寻找一个与其距离特征最为相似的像素进行赋值；对于非边界像素，将纹理划分成两个大类分别进行处理：第一类是对于变形不明感的纹理，对于该纹理上的每个由网格划分出的块，在样图中随机的找到一个块进行拉伸填充；第二类是对拉伸敏感的纹理，对于这类纹理上的块，在样图中找到一个块，根据这两个块半径的比例，对样图块进行整体的放缩然后填充初始化；步骤（3）、基于邻域的并行像素合成：利用了像素的方向特征对其邻域进行旋转从而找到更加适合的样图像素，提高合成质量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王莉莉，陈益，沈哲，郝爱民，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。