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基于样本的三维表面纹理快速合成技术

韩建伟  
【摘要】: 近年来,基于样本的纹理合成技术已经成为计算机图形学的研究热点,并且广泛应用于图像编辑、真实感绘制、可视化和几何建模等领域。当前的纹理合成技术有三个主要的发展方向:(1)通过用户交互加强对合成过程的控制,用纹理合成进行可视化和数据编辑;(2)把纹理合成和实时绘制结合起来,实时生成场景中的真实感细节;(3)处理几何、动作等更一般的数据,把纹理合成作为一种通用的建模工具。无论是用户交互、实时绘制还是通用建模,对纹理合成的速度都有着很高的要求。然而,大部分现有的纹理合成技术速度仍然很慢,难以满足实时、交互的应用需求,因此研究新的纹理合成加速技术有着十分重要的意义。 本文主要研究三维表面纹理的快速合成技术,并针对几种不同类型的纹理提出了相应的加速算法。主要工作如下: 1.提出了一种针对一般图像纹理的快速合成技术,通过提高算法的并行性、利用现代图形硬件(GPU)对纹理合成进行加速。该技术对纹理优化算法进行改进,使用一个基于κ-coherence的离散求解器来提高合成速度,同时解决了原算法中结果模糊的问题,提高了合成质量。本文通过定义一个新的纹理能量函数,把该算法进一步扩展到三维模型表面上,从而能够在三维表面流场中交互地生成纹理动画。 2.进一步提出了一种针对全局变化纹理的快速合成技术,通过减小样本纹理的尺寸来提高合成的速度。全局变化纹理尺寸很大,难以用传统的方法进行加速。本文提出了一种逆向纹理合成技术,用能量优化的方法根据大的全局变化纹理自动生成一个小的压缩纹理。该压缩纹理包含了原纹理中的所有信息,因此可以用来重建原纹理,也可以根据用户提供的控制图重新合成新的纹理,并且支持在GPU上实时合成全局变化纹理。此外,该算法还可以自动计算出同时包含高低频区域的各向异性纹理的方向场。 3.提出了一种针对几何纹理的快速合成技术,通过预计算出一组拼接块来提高合成速度。由于数据表示方式不同,针对图像的纹理合成加速技术很难应用于几何纹理。本文提出了一种几何纹理Wang Tiles技术,首先根据样本几何纹理预计算出一组Wang Tiles,然后用这组Wang Tiles在不同目标物体上生成新的几何纹理。同现有方法相比,该算法的速度更快,占用的存储空间更小。


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