[发明专利]一种基于示例的三维纹理过程生成模型优化方法

说明书

本发明公开了一种基于示例的三维纹理过程生成模型优化方法，该方法在基于程序规则的过程纹理生成技术的基础上，根据示例图像自动优化生成模型的参数。本发明使用可微渲染技术将生成的纹理转换至表示物体外观的图像，用该图像与示例图像间的风格风格损失对生成模型参数进行优化，并在损失函数中加入空间标签，以降低渲染过程带来的二义性对优化效果的干扰。相比已有的基于程序规则的过程纹理生成技术，该方法自动化程度更高；而相比已有的基于示例的生成技术，该方法允许使用者编辑生成模型，更加灵活。此外，该方法是首个针对三维纹理的过程生成模型的参数优化方法。

技术领域

本发明涉及计算机图形领域，尤其涉及一种基于示例的三维纹理过程生成模型优化方法。

背景技术

在计算机图形学中，纹理是常见的表示空间中高频细节信息的方法。通过把纹理包裹在 物体表面，可以描述其表面上每一点处的起伏高低、材质颜色、材质粗糙度等属性；通过把 三维纹理映射到三维空间中的特定区域，可以描述这片区域的特定属性，如云雾中每个位置 对光的散射率、半透明材料中每个位置的反照率等。

如何高效地获得纹理数据一直是个饱受关注的问题。人工创作具有较高的人力和时间成 本，捕获现实中的纹理数据在规模和效率上也容易受限。因此，当应用程序需要大量具有一 定统计特征的纹理时，过程生成方法往往是合适的选择。这样的纹理在生活中广泛存在，既 有表示颜色的纹理，也有表示法线、起伏高度、介质密度等材质属性的纹理，比如树干上的 纹路颜色、砖墙表面的法线细节等。纹理的过程生成方法大致有两类：

一、基于示例的过程生成。所谓基于示例，是指由用户提供一张二维/三维纹理作为示例， 由生成算法批量地产生与示例图像具有相似视觉风格的纹理。这类方法可以被详细划分为基 于局部相似性的拼接算法、基于纹理优化的算法以及基于神经网络的端到端方法。

二、基于程序规则的过程生成，即由人工设计产生纹理数据的生成模型，其中包含了完 整的程序代码。由于编写程序代码的学习成本较高，基于节点图的可视化编程工具在设计者 中非常流行。在这些工具中，设计者可以通过组合具备特定功能的节点来构造程序。

这两类方法各有优劣。基于示例的方法自动化程度很高，用户通常只需要提供一幅示例 图像，就可以获得大量与之相似的目标纹理。但这些方法的中间过程近乎黑盒，无法编辑。 在生产实践中，用户常需要高频率地观察结果、调整生成过程，这一需求限制了基于示例的 方法的应用范围。与此相比，基于程序规则的方法易于理解，用户可以编辑生成规则，对目 标纹理的某些特征进行修改；这类方法的缺点则是编写生成规则并非易事，即使是富有经验 的美术工作者，要产生具有特定视觉特征的纹理，也往往需要花费大量时间来设计节点图和 调整节点参数。

编写纹理生成程序需要一定的编程基础，在编写过程中也难以观察到中间结果，对艺术 家和美术工作者来说很不方便。为了降低程序规则的编写门槛、提高编写效率，基于节点图 的可视化编程方法被引入到此领域中。目前，用于过程生成的商业软件大多使用这种编程模 式，如Houdini，Substance Painter等。要使得节点图编写的生成规则产生符合预期的纹理， 需要富有经验的艺术家/美术工作者对节点图的结构进行设计。即使有了节点图本身，不同的 节点参数也会产生完全不同的目标纹理。因此，即使商业软件中已经积累了成百上千的节点 图，可以生成各式纹理，用户仍然需要花费大量时间调整节点参数，这有违过程生成方法“高 效产生纹理”的初衷。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于示例的三维纹理过程生成模型优 化方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于示例的三维纹理过程生成模型优 化方法，包括以下步骤：

步骤一：使用者以节点图形式输入基于程序规则的纹理过程生成模型，将该模型输出的 三维目标纹理与预先准备的场景数据结合，经过可微渲染得到表示物体外观的图像。