基于樣圖的紋理設(shè)計(jì)、修復(fù)與替換算法的研究.pdf

1、紋理是一個(gè)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(jī)床車間里的噪聲)，運(yùn)動(dòng)(動(dòng)物的奔跑)，人類行為(日常活動(dòng))以及視覺(jué)外觀(幾何曲面的外觀和顏色)等等。在計(jì)算機(jī)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(xì)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)繪制場(chǎng)景的真實(shí)感。紋理映射和合成是繪制復(fù)雜場(chǎng)景真實(shí)感圖形最為常用的技術(shù)。由于紋理技術(shù)在數(shù)字娛樂(lè)、動(dòng)漫游戲設(shè)計(jì)和虛擬現(xiàn)實(shí)等方面的廣泛

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

3、填補(bǔ)的優(yōu)先級(jí)值的大小，然后順序地對(duì)待修補(bǔ)區(qū)域的梯度場(chǎng)進(jìn)行填補(bǔ)；在第二階段，利用修補(bǔ)后的梯度場(chǎng)，對(duì)修復(fù)后的區(qū)域進(jìn)行泊松方程的求解，來(lái)獲得最終的修復(fù)圖像。實(shí)驗(yàn)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(guò)渡和線條結(jié)構(gòu)信息的連貫性，修復(fù)后的圖像在視覺(jué)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(jì)算法，該算法的最大優(yōu)點(diǎn)在于僅僅由一幅小尺寸的輸入紋理樣圖，就能設(shè)計(jì)出一系列的大尺寸的變形紋理圖像。該算法包括如下四個(gè)主要階段

4、：在第一階段通過(guò)圖像分割技術(shù)來(lái)大致地提取出紋理層，該階段的實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)。第三階段是基于紋理樣圖的修復(fù)方法，同時(shí)利用圖切割算法來(lái)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(jué)上的瑕疵現(xiàn)象(諸如部分紋理不連續(xù)現(xiàn)象)。

5、 (3)對(duì)基于能量?jī)?yōu)化和交互的變形紋理設(shè)計(jì)方法進(jìn)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(jì)出經(jīng)過(guò)全局變形的紋理樣圖。然后對(duì)這些全局變形后的紋理樣圖再進(jìn)行局部變形操作。該局部變形操作的完成是通過(guò)對(duì)不同源紋理圖像中的不同紋素的區(qū)域進(jìn)行替換而完成的。用戶只需簡(jiǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)紋理的局部變形。這樣一種變形一選擇一替換過(guò)程可以進(jìn)行多

6、次，可以合成多幅視覺(jué)上滿意的變形紋理圖像。經(jīng)過(guò)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?jī)?yōu)化算法最終可以設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)范圍圖像的色調(diào)映射(壓縮)，并且計(jì)算速度比文獻(xiàn)[45]快7-10倍。同時(shí)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(dòng)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(gè)階段組成：1)