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可视媒体编辑与重用关键技术研究

桂彦  
【摘要】:近年来,随着互联网的快速发展,网络中具有丰富的可视媒体资源。目前,这些海量的可视媒体已经广泛应用到虚拟现实、影视制作、计算机游戏、动画生成等多个领域中。将现有可视媒体素材经编辑与处理后广泛重用于影视动画制作中,这不仅能提高可视媒体素材的利用率和使用水平,而且还在很大程度上降低了制作成本。可视媒体素材的高效重用是以研究可视媒体的编辑工具集为出发点,相应的,对可视媒体素材的深度开发、及时处理和有效利用,一方面大大增加了可视媒体素材的数量,为影视动画制作提供更加丰富的可视媒体资源;另一方面通过对可视媒体素材的复用处理,可以提高影视动画创作与生成的效率。 围绕可视媒体编辑与重用技术中的若干热点问题,本文通过分析纹理的内在结构和利用图像/视频中的纹理特征对2D纹理合成、流体动画模拟和灰度图像彩色化等方面展开了相应的研究,并实现了相关算法。论文工作取得了以下创新性研究成果: (1)提出了一种基于特征描述的快速纹理合成方法。基于块的纹理合成技术是从给定的样本纹理中生成一幅新的纹理,但是这种方法存在的问题是由于不精确的相似性度量导致块重叠区域出现结构的误匹配。在本文中,我们提出一种拓展的度量机制测量结构的相似性,该方法在样本块采样过程中能够找到最佳匹配块。我们首先引入层的概念通过给每个像素赋权值描述像素的关联性,然后构建方向场捕获纹理特征内在的方向和布局。实验结果显示,该方法能够显著地减轻已合成纹理中结构特征的不连续。 (2)提出了一种基于基元分布的周期纹理合成和设计方法。由于人的视觉敏感于结构和周期性特征,因此,我们通过使用基元的分布进行纹理合成。给定一样本纹理,纹理分析过程是分割纹理成单个的基元,以及在样本纹理中检测每一个基元以至于通过建立连通性分析基元之间的相邻关系;纹理合成过程是在用户指定的画布上通过重组已分割的基元产生一新的、更大的纹理图像,即基于已构建的基元间的相邻关系合成新的2D基元分布。实验结果显示,本文提出的方法擅长于合成近似规则的纹理,并能很好地保持其潜在的规律性。 (3)提出了一种基于样本视频编辑的单幅图像的流体动画合成。通过全局地传递样本视频的流体运动,我们从单幅静止图像中合成连续的流体动画序列。给定一幅具有似流场景的目标图像,alpha遮片用来表示图中的似流体区域。我们需要调整用户给定的样本视频,从而产生符合这个感兴趣区域的流体运动。基于构建的流体视频库,我们通过变形视频帧的光流场来获得目标图像的流场信息,此时,该视频帧与目标图像具有非常相似的场景。由此,我们自动地分配流场的方向向量和速度值。实验结果已经证明,本文提出的方法能够在合成的动画中很好地保持较大尺度的流体特征,且能够生成高质量的连续流体动画。 (4)提出了一种基于可并行图像分割的灰度图像彩色化及相关应用。给定待上色的灰度图像,我们首先采用监督分类算法建立每一像素点与已分割样本彩色图像中各区域的对应关系,从而为各像素点分配颜色。结合基于空间关联的滤波,我们仅保留具有较高置信度值的像素点的颜色值,这个即为灰度图像的调色板。此外,我们采用基于纹理的可变水平集图像分割方法并行地抠取图像中各具有相似特征的区域,从而快速、精确地确定各区域的边界。根据这些分割的区域,我们可以采用多种上色方法进行颜色传递。我们还将本文提出的可并行图像分割方法应用于图像中具有重复场景元素的抠取,并使用替换、重排等操作对图像进行编辑。


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