基于樣圖的紋理設(shè)計、修復(fù)與替換算法的研究.pdf

1、紋理是一個普遍存在的自然現(xiàn)象，最初是指任何與編織物的交織結(jié)構(gòu)相似的自然結(jié)構(gòu)，紋理可以描述自然界中非常廣泛的包含一定重復(fù)性的自然現(xiàn)象，例如聲音(機床車間里的噪聲)，運動(動物的奔跑)，人類行為(日?；顒?以及視覺外觀(幾何曲面的外觀和顏色)等等。在計算機圖形學(xué)中，經(jīng)常使用紋理在粗糙的幾何模型上表現(xiàn)精細結(jié)構(gòu)，增強繪制場景的真實感。紋理映射和合成是繪制復(fù)雜場景真實感圖形最為常用的技術(shù)。由于紋理技術(shù)在數(shù)字娛樂、動漫游戲設(shè)計和虛擬現(xiàn)實等方面的廣泛

2、應(yīng)用，關(guān)于紋理的研究一直是計算機視覺、計算機圖形學(xué)以及數(shù)字圖像處理等領(lǐng)域的研究熱點。本文圍繞當前紋理研究中的若干熱點問題：基于梯度域和泊松方程的圖像修復(fù)技術(shù)、基于圖像修復(fù)和變形的紋理設(shè)計、基于快速三邊濾波器的紋理替換技術(shù)等方面展開研究： (1)對基于梯度域和泊松方程的圖像修復(fù)技術(shù)進行了研究。該圖像修復(fù)算法主要分兩個階段進行：在第一階段，在梯度場內(nèi)使用本文提出的新的利用顏色和梯度信息進行紋理梯度樣圖塊的相似度匹配的原則，計算得到的

3、填補的優(yōu)先級值的大小，然后順序地對待修補區(qū)域的梯度場進行填補；在第二階段，利用修補后的梯度場，對修復(fù)后的區(qū)域進行泊松方程的求解，來獲得最終的修復(fù)圖像。實驗結(jié)果表明，該算法可以保持修復(fù)后的圖像的紋理的自然過渡和線條結(jié)構(gòu)信息的連貫性，修復(fù)后的圖像在視覺效果上也比較滿意。 (2)提出了一種基于修復(fù)和變形的紋理設(shè)計算法，該算法的最大優(yōu)點在于僅僅由一幅小尺寸的輸入紋理樣圖，就能設(shè)計出一系列的大尺寸的變形紋理圖像。該算法包括如下四個主要階段

4、：在第一階段通過圖像分割技術(shù)來大致地提取出紋理層，該階段的實現(xiàn)依賴于彩色圖像分割技術(shù)<'[38,64]>。第二階段是紋理變形操作，由新定義的一套基于混沌序列的紋理操作算子(旋轉(zhuǎn)，平移，鏡像和尺度等)來實現(xiàn)。第三階段是基于紋理樣圖的修復(fù)方法，同時利用圖切割算法來修復(fù)由變形而產(chǎn)生的洞區(qū)域(Hole Regions)。第四階段是基于梯度的泊松圖像融合技術(shù)，用于消除或者減少在第三階段引入的圖像視覺上的瑕疵現(xiàn)象(諸如部分紋理不連續(xù)現(xiàn)象)。

5、 (3)對基于能量優(yōu)化和交互的變形紋理設(shè)計方法進行了研究。該算法首先輸入一幅小尺寸的紋理圖像，接著利用一系列的全局紋理變形操作(旋轉(zhuǎn)，平移，縮放，翻轉(zhuǎn)等)就能設(shè)計出經(jīng)過全局變形的紋理樣圖。然后對這些全局變形后的紋理樣圖再進行局部變形操作。該局部變形操作的完成是通過對不同源紋理圖像中的不同紋素的區(qū)域進行替換而完成的。用戶只需簡單的交互，選擇相應(yīng)的需要替換的紋素，求解相應(yīng)的能量方程來實現(xiàn)紋理的局部變形。這樣一種變形一選擇一替換過程可以進行多

6、次，可以合成多幅視覺上滿意的變形紋理圖像。經(jīng)過上述一系列的變形和替換操作之后，再利用基于圖切割的能量優(yōu)化算法最終可以設(shè)計出多幅大尺寸的輸出紋理圖像。 (4)提出了一種快速三邊濾波器算法，該算法可以有效和快速地用于高動態(tài)范圍圖像的色調(diào)映射(壓縮)，并且計算速度比文獻[45]快7-10倍。同時也提出了一種基于該快速三邊濾波器的圖像紋理替換算法，該算法可用于高動態(tài)范圍(HDR)圖像的紋理替換。該紋理替換算法主要由以下三個階段組成：1)