基于样图的纹理合成在点模型上的实现

摘要

纹理技术在影视娱乐、工业设计和虚拟仿真等方面有广泛的应用，关于纹理的研究一直是计算机图形学、计算机视觉以及图像处理领域的研究热点。基于样图的纹理合成是继纹理映射技术和过程纹理方法后发展起来的新的纹理拼贴技术。目前，人们提出了一些基于样图的三维纹理合成技术，但这些技术无法应用于结构复杂的物体，因为这些技术都是建立在网格模型上，它们是根据采样点生成三角片网格进行图像处理。随着三维扫描技术的高速发展，扫描所得到的网格点数目达到了十亿数量级，要对如此多的网格点进行三角面片化处理需要很大的计算工作量，导致实用价值不大。基于点的绘制技术摒弃了传统的三角面片表示方法，只记录点的信息，由这些点的信息直接重构出最终的图像，从而为解决大量三维采样数据的快速绘制处理提供了一条新的途径。 目前，点模型表面几何建模和绘制技术已趋于成熟。结合点的绘制技术，本文实现了一种基于点模型的三维纹理合成新方法。该方法的工作流程是：(1)在点模型表面建立方向场；(2)选取纹理合成的初始点；(3)建立邻域关系；(4)在样图中随机取纹理值赋给初始点，同时找出初始点的所有邻域点，并初始化它们的纹理值；(5)进行纹理合成处理，在处理循环中每次找到一点作为进行纹理合成的待定点；(6)通过投影和建立匹配窗得到此待定点与样图的映射关系；(7)利用获得的映射关系在样图中寻找与待定点纹基于样图的纹理合成在点模型上的实现理值最匹配的点；(8)将获得的匹配点的纹理值赋值给待定点，同时将匹配窗中没有纹理的点赋相应的纹理值。本文设计了相应的算法，实现了基于点模型的三维纹理合成方法。算法中的控制参数有匹配窗的大小、匹配窗的单位间距、kdtree的大小，这些参数是可以动态更改的，对不同规格的样图和纹理复杂度，可以灵活地更改这些参数，实现了算法的可控性。 运用本文的方法，我们在点模型上对不同的样图进行纹理合成处理，得到了有效的合成结果。实验结果表明，本文方法有效地保持了生成的纹理结构和视觉效果的连续性和平滑性，在三维纹理合成领域实用、有效。与传统的基于网格模型的三维纹理合成方法相比，本文的算法耗时短，算法灵活可控，具有较好的鲁棒性。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1研究背景

§1.2问题的提出

§1.2.1传统方法——网格模型上进行的图像处理技术的基本原理

§1.2.2传统方法的不足

§1.2.3点模型上直接进行的图像处理技术

§1.2.4两种技术的对比分析

§1.3本文工作的主要内容

§1.4本文的章节组织

第二章纹理合成方法的探讨

§2.1纹理映射

§2.2过程纹理

§2.3基于样图的纹理合成

第三章在点模型上实现三维纹理合成

§3.1三维纹理合成技术的相关研究

§3.2在点模型上的图像绘制技术

§3.3一种在点模型上实现三维纹理合成的方法

§3.3.1预备工作——三维点模型上方向场的建立

§3.3.2点模型上三维纹理合成算法的设计思想与工作步骤

§3.3.3符号标识

§3.3.4选取初始点和加载样图

§3.3.5建立模型上点的邻域关系

§3.3.6初始化纹理值和边界点集

§3.3.7确定待合成纹理的点

§3.3.8建立待定点与样图的映射关系

§3.3.9寻找匹配点

§3.3.10赋纹理值

§3.4本章小结

第四章实验与分析

§4.1实验结果

§4.2算法复杂度与控制参数分析

§4.2.1算法复杂度分析

§4.2.2算法控制参数的分析

§4.3本文方法与传统的网格模型上的三维纹理合成方法的比较

第五章结论和展望

§5.1工作总结

§5.2进一步研究设想

参考文献

致谢

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