[发明专利]基于基元重组的纹理设计与合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纹理设计与合成方法，尤其是涉及一种基于基元重组的纹理设计与合成方法。

背景技术

在计算机视觉和计算机图形学中，纹理是增强物体表面细节的重要手段。在绘制大规模且复杂场景时，通常需要丰富的纹理来增强场景的真实感。然而，由于采样区域的局限性，所获取的纹理样图通常为小块纹理，难以满足绘制的需求。为此，必须进行大量纹理的生成。目前，最常用的纹理生成技术包括过程纹理合成和基于样本的纹理合成。过程纹理合成是一种非常重要的纹理生成技术，通过对纹理的生成过程进行模拟从而产生新的纹理。过程纹理合成效果很好，可以获得非常逼真的纹理，但不足之处在于：对每一类新的纹理，需要调整参数和反复测试，非常不便，有的甚至无法得到有效的参数。这些缺点降低了过程纹理合成技术的实用性，使得它只适用于非常有限类别的纹理。基于样本的纹理合成是另一种非常重要的纹理生成技术，它根据用户给定的样本纹理，自动生成一个视觉上与之相似的新纹理。基于样图的纹理合成技术避免了过程纹理合成参数调整的繁琐。这类方法又包括基于像素点的纹理合成和基于块的纹理合成。基于像素点的纹理合成对于随机纹理能产生较好的合成效果，而对于那些结构性较强的规则/近似规则纹理，合成效果较不理想。此外，由于穷尽的匹配点搜索方式，合成效率非常低。基于块的样图纹理合成利用纹理邻域的相关性能够达到较好的合成效果，而且加快了纹理合成速度，扩大了纹理的应用范围。然而，现有基于样本的纹理合成是一个无用户干预的全自动合成过程，还不足以通过控制纹理特征的分布、位置和形状等信息，使得合成过程达到实时的要求且产生多样的输出结果。因此，还需要一些方法来改进现有的纹理合成技术。

基元(Texel)是构成纹理图像的基本纹理元素，每个基元是相互独立的且具有有限空间范围的个体单元。基元不同于纹理图像中的单个像素点，或者纹理子块，主要的特点是基元具有完整的结构特征。通过对基元进行操作与控制，一方面可以提高纹理合成的效率；另一方面可以产生多种多样的新纹理且保持合成纹理中结构特征的一致性。现有的基于样本的合成技术对基元的抽取和控制方法甚少涉及，即使涉及，也是基于样本的参照信息，如基元在样本中的分布和类别等。由于需要假定所给样本纹理中存在可利用的参照信息，这使得合成的输出结果通常是单一的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于基元重组的纹理设计与合成方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于基元重组的纹理设计与合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基元抽取；

2)基元分类；

3)基元分布生成；

4)基元放置与变形；

5)后处理。

所述的步骤1)基元抽取具体为：

11)针对给定的样本纹理图像，首先采用传统的伽柏小波变换对样本纹理图像中的纹理特征进行分析；

12)然后采用基于纹理特征连续性的水平集方法对样本纹理图像进行分割，从而获得单个的纹理基元。

所述的步骤2)基元分类具体为：

21)对于已抽取的基元，首先获取每一个基元的边界轮廓点；

22)其次，采用基于形状上下文的描述子描述每一基元轮廓点的分布情况，通过量化获得这些轮廓点的特征向量；

23)最后，利用这些量化信息，通过比较基元之间的轮廓差异，对所有已抽取基元进行分类；

所述的步骤3)基元分布生成具体为：

用户利用简笔画的方式自定义纹理的生成模式，以该模式为基元的初始分布，按照生成模式中提供的生成规则逐一扩展基元的分布，从而在待合成纹理中计算基元的位置以及分配相应的基元类别属性。

所述的基元放置与变形具体为：

41)在待合成纹理中，根据每一个位置及其相应的类别信息在已抽取基元中为这些位置点选择具有相同类别的最佳匹配基元；

42)如果待合成纹理是空白画布时，则采用直接覆盖的方法将所选最佳匹配基元放置在每一个位置上；此时，采用基于图分割的拼接方法处理基元之间的重叠区域；若待合成纹理是具有背景模式的画布时，则采用基于均值坐标的图像融合方法放置所有最佳匹配基元。

所述的步骤5)后处理具体为

针对在基元放置过程中产生的过分重叠和较大的空洞，采用TPS变形技术改变基元的形状；如果在待合成纹理中仍然存在空洞，则采用基于样例的图像修补方法填补这些空洞。