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纹理映射、合成和压缩

汤颖  
【摘要】:纹理技术是计算机图形学中应用最广泛的重要技术之一,在不增加物体表面 几何复杂度的情况下,它可以有效模拟和增强景物表面的细节特征。纹理技术在 影视娱乐、虚拟仿真、产品设计等领域有着广阔的应用前景。本论文重点研究纹 理技术的三个关键问题:纹理映射、纹理合成和纹理压缩,主要工作及贡献如下: 1. 纹理映射 ●提出了基于伯努力(Bernoulli)嵌入模型的纹理映射方法。该算法假设 三维网格和对应二维展平网格上点与点之间的关系,包括距离和相邻等 关系,满足Bernoulli分布,通过最小化三维空间和二维空间关系分布函 数之间的距离,将三维网格上点与点之间的关系有效地映射到二维参数 域上,从而得到扭曲很小的参数化结果。为了保证参数化结果不出现三 角形翻转,对上述参数化结果进一步采用基于拉伸(stretch)的优化, 只需少数几次迭代就能收敛到扭曲更小的有效参数化结果。 ●提出了基于径向基函数(Radius Basis Function)的带约束纹理映射算。 该算法使用径向基函数插值用户给出的一系列约束点,从而得到满足约 束条件的具有解析表达形式的纹理映射函数。由于本文选用的径向基函 数具有最小化能量的性质,所以生成的纹理映射结果比较光滑。与以往 的带约束纹理映射算法相比,该算法计算速度快,且得到精确满足约束 条件的映射结果。 2. 纹理合成 ●提出了一种新的基于用户控制的纹理合成算法。该方法适用于任意形状 的二维平面区域和由三角形组成的任意网格,可方便地控制纹理合成时 方向和尺度的连续变化。对于任意平面区域情况,需剖分成较均匀的三 角网格,以剖分而得的三角形作为基本的合成单元来进行合成。根据用 户在此三角网格上指定一些表示纹理方向和大小的矢量,在三角网格上 插值生成矢量场,此矢量场用来控制合成纹理的变化。对于每一块待合 摘要 成的三角形,提取出检测模板作为合成查找的约束。此算法可以自然扩 展到由三角面片构成的任意三维曲面,以三角面片作为合成单元,合成 后直接输出每个顶点的纹理坐标。本算法对二维和三维纹理合成给出了 统一的实现框架,可以在任意目标区域按照用户的要求生成令人满意的 纹理合成效果。 3.纹理压缩 .提出了一种新的针对纹理图像的编码算法—增量式纹理编码算法,并 实现了基于可编程图形硬件的实时解压绘制。该算法在图像压缩编码过 程中,根据规则对码表内容渐进动态增加,只有当已有码表内容不能表 示当前图像区域时,才增加码表内容。这种方法不仅能够对于自相似性 较强的纹理图像取得很高的压缩比,而且由于码表的动态更新特性,可 以对图像序列进行流式编码。在绘制纹理时,该算法充分利用了现有可 编程图像硬件的特性,实现了实时解压绘制。对于静态图像和动态图像 序列进行的实验结果表明此方法适于灵活有效的对各类纹理图像进行编 码。 .为了根据图像不同区域的重要度对图像进行自适应压缩,提出了基于重 要度驱动的图像编码算法。该算法根据重要度原则从纹理图像中选取一 幅或多幅样图并将这些样图作为码本来压缩纹理,该重要度原则综合考 虑了样图的压缩率、人眼对图像不同区域的敏感程度和由参数化引起的 纹理拉伸等因素。该算法在压缩纹理的同时可以完全保持与码本对应的 重要区域的图像细节和内容。对于单幅图像内不能被样图编码的小部分 剩余区域,算法采用矢量量化方法进行压缩;对于动态图像序列内不能 使用样图来压缩的区域,则采用上面介绍的可以灵活更新码表的增量式 纹理编码算法来进行编码。算法同样利用可编程图形硬件实现了对压缩 纹理的实时解压绘制。 关键词:纹理映射,参数化,伯努力分布,径向基函数,纹理合成,用户交互, 纹理压缩,图像编码,可编程图形硬件


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