[发明专利]基于GPU的几何表面上各向同性／异性纹理合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过GPU加速的几何表面各向同性/异性纹理合成方法，更具体地说，本发明涉及一种利用GPU的可编程功能及其高效处理性能三维几何表面纹理合成速度的方法，属于计算机图形学领域。纹理合成结果可以用于电影动画、虚拟现实、电子游戏等领域。

背景技术

1.1基于样本图像的纹理合成

在最近几年，纹理合成已经显著增加了映射图像细节到网格表面的容易性。较早的算法随机的将小块图像粘贴在三维表面，然后使用alpha混合技术隐藏块间缝隙[E.Praun，A.Finkelstein，and H.Hoppe.Lapped textures.Proceedings of SIGGRAPH 2000，pp.465-470]。最近，裁缝方法[A.Efros and W.Freeman.Image quilting for texture synthesis and transfer.Proceedings of SIGGRAPH 2001，pp.341-346；L.Liang，C.Liu，Y.Xu，B.Guo，and H.Shum.Real-time texture synthesis by patch-based sampling.ACM Transactions on Graphics，vol.20，no.3，pp.127-150，2001；V. Kwatra，A.Schodl，I.Essa，G. Turk，and A.Bobick.Graphcut textures：Image and video synthesis using graph cuts.ACM Transactions on Graphics，vol.22，no.3，pp.277-286，2003；K.Zhou，P.Du，L.Wang，Y.Matsushita，J.Shi，B.Guo，and H.Shum.Decorating surfaces with bidirectional texture functions.IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics，vol.11，no.5，pp.519-528，2005.]能够产生更好的合成结果，它通过仔细的放置小块纹理来减小小块边界的不连续性。放置这些纹理块之后，[L. Liang，C.Liu，Y.Xu，B.Guo，and H.Shum.Real-timetexture synthesis by patch-based sampling.ACM Transactions on Graphics，vol.20，no.3，pp.127-150，2001；S.Magda and D.Kriegman，Fast texture synthesis on arbitrary meshes.ACM SIGGRAPH 2003 Sketches & Applications，2003，p.1.]简单的使用alopha混合技术来隐藏纹理缝隙，而[A.Efros and W.Freeman.Image quilting for texture synthesis and transfer.Proceedings of SIGGRAPH 2001，pp.341-346；K.Zhou，P.Du，L.Wang，Y.Matsushita，J.Shi，B.Guo，and H.Shum.Decorating surfaces with bidirectional texture functions.IEEE Transactions on Visualizationand Computer Graphics，vol.11，no.5，pp.519-528，2005.]通过搜索最小剪切缝隙进一步增强缝隙间过渡的平滑性。因为人类的视觉对纹理中的边缘，角点和其它高水平特征非常敏感，[Q.Wu and Y.Yu.Feature matching and deformation for texture synthesis.ACM Transactions on Graphics，vol.23，no.3，pp.364-367，2004.]从样本纹理中提取出特征图，然后使用特征匹配和图像形变的方法来最优的保持特征连续性。其它的相关纹理合成方法包括基于像素的和基于块策略的混合方法[A.Nealen and M.Alexa.Hybrid texture synthesis.Proceedings of the 14th Eurographics workshop on rendering.Eurographics Association，2003，p.105.]，对图片中物体重新进行纹理合成[H.Fang and J.Hart，Textureshop：texture synthesis as a photograph editing tool.ACM Transaction on Graphics，vol.23，no.3，pp.354-359，2004.]，GPU上的并行可控纹理合成[S.Lefebvre and H.Hoppe.Parallel controllable texture synthesis.ACM Transactions on Graphics，vol.24，no.3，pp.777-786，2005.]，[S.Lefebvre and H. Hoppe.Appearance-space texture synthesis.ACM SIGGRAPH 2006，p.548.]和使用期望最小化优化算法的纹理合成方法[V. Kwatra，I.Essa，A.Bobick，and N.Kwatra.Texture optimization for example-based synthesis.ACM SIGGR APH2005，p.802.].Huang et al.[H.Huang，X.Tong，and W.Wang.Accelerated parallel texture optimization.Journal of Computer Science and Technology，vol.22，no.5，pp.761-769，2007.]在GPU上实现了K-类似搜索和主成分分析(PCA)，并进一步加速了后面的纹理优化。Gabor滤波器对于纹理分析具有理想最优特性；它们的方向和径向频率带宽是可调的，允许空间和空间频率中进行联合分辨率优化。Bovid和Clark[A.Bovik，M.Clark，and W.Geisler.Multichannel texture analysis using localized spatial filters.IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，pp.55-73，1990.]提出了使用2D Gabor滤波器进行视觉纹理分析的计算方法。他们发现这种方法对于人工和自然纹理的分割都很适用，如预料中一样。最近Gilet和Dischler[G.Gilet，J.Dischler，et al.An Image-Based Approach for Stochastic Volumetric and Procedural Details.Computer Graphics Forum，vol.29，no.4，Wiley Online Library，2010，pp.1411-1419.]使用Gabor滤波器来计算纹理相似度以便进行基于图像的渲染。