基于样图的纹理合成算法研究

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1、缩略语词汇表缩略语词汇表TSFS-TextureSynthesisfromSample基于样图的纹理合成MRF-MarkovRandomField马尔可夫随机场模型KD-K-DimensionK维树形结构TSVQ-Tree-structuredVectorQuantization树结构矢量量化a-blending–alpha-blending阿尔法混合RBF–RadialBasisFunction径向基函数C–RestrictionDegree约束度KD-K-DimensionK维树形结构48第1章绪论第1章绪论1.1课题的背景

2、和研究意义在现实世界中，物体表面存在着十分丰富的纹理细节。人们正是根据这些纹理细节区别各种具有相同形状的物体，因而物体表面纹理细节的模拟在真实感图形绘制中起着举足轻重的作用。基于样图的纹理合成(TextureSynthesisfromSamples,TSFS)技术依据给定的小块样本纹理，在二维平面或三维几何表面上生成新的大块纹理图案。它要求新生成的纹理在视觉上类似于样本纹理，结构上连续平滑，同时在细节上具备充分的变化、不存在明显的重复感。由于在虚拟场景造型的过程中，我们所得到的纹理往往都是局部性的，如果直接用于大面积表面上的纹理

3、映射，往往会导致其纹理模糊或者纹理图案呈单调的重复，视觉效果很差，因此TSFS技术具有强烈的实用意义。近年来在图像编辑、缺损图像的填充、数据压缩、网络数据的快速传输、大规模场景的生成以及真实感和非真实感图像的绘制等方面都显示了广泛的应用前景，是目前计算机图形学研究人员广泛关注的一个热点研究内容。1.2纹理的概念1.2.1纹理的定义纹理是一种普遍存在的视觉现象，我们可以去感受纹理，却很难对纹理的精确定义形成一个统一的认识。目前，多根据应用需要做出不同的定义。两种较常采用的定义是，定义1：按照一定规则对元素或基元进行排列所形成的重复

4、模式。定义2：如果图像函数的一组局部属性是恒定的，或者是缓变的，或者是近似周期性的，则图像中的对应区域具有恒定的纹理。在计算机图形学的领域中，纹理的概念非常广泛，包含任何图案的图像都可以称之为纹理。但是，在计算机视觉和图像处理领域中，更倾向于纹理的一种狭义定义。在辞海中纹理的定义是“由紧密的交织在一起的重复的单元组成的某种结构”。简而言之，就是指纹理是有着重复部分的图像。大多数自然物体的表面都包含有重复的元素，使得狭义的定义已经足以描述物体表面的属性。因此，在纹理合成这个领域，我们所说的纹理都指的是狭义定义。1河南科技大学硕士学

5、位论文纹理通常由图像扫描或手工绘制而得，其形式是千变万化的。根据纹理特征分布的方式不同，可以把纹理分为三类:结构性纹理，随机性纹理和既有结构性又有随机性的纹理。如图1-1，结构性纹理中存在清晰可辨的纹元（保持纹理局部特征的最小纹理块），整个纹理可以看作由一系列的纹元及其摆放规则决定，例如砖墙、地板等；随机性纹理中找不到确定的纹元,如草地、沙土、裂痕等；但从现实世界中得到的更多的纹理同时包含了以上两种特征，比如织网、犁过的田地、石头等。(a)(b)(c)图1-1纹理类型(a)结构性纹理(b)随机性纹理（c）既有结构性又有随机性纹理

6、Fig.1-1Thepatternoftextures(a)Structuraltexture(b)Randomlytexture(c)Structuralandrandomlytexture1.2.2纹理与图像的区别纹理和图像不同，纹理是图像，但图像却不一定是纹理。根据纹理的定义，纹理含有两个特殊的属性：局部性和稳定性。局部性是指观察窗口中的任一像素仅仅由其邻域内的像素决定，而与图像中的剩余部分无关，这也正是马尔可夫随机场(MarkovRandomField,MRF)模型所描述的内容。稳定性是指当适当大小的观察窗口在纹理中任意

7、移动时，窗口中的内容在不断的变化，但是又保持一定的相似性。具备了这两点属性的图像即为纹理。例如在图1-2中，(a)是一副普通图像，(b)是一副纹理图像，只允许观察者通过较小的可移动窗口(黑框)来观察它。当移动窗口时观察者可以看到对于(a)来说，不同位置的窗口中观察到的内容(a1)和(a2)是不一样的。而对于(b)来说，不同位置窗口中观察到的内容(b1)和(b2)是相似的。这就是纹理与图像的区别。2第1章绪论(a)(b)(a1)(a2)(b1)(b2)图1-2纹理和图像比较Fig.1-2Comparisonoftextureand

8、image1.3基于样图的纹理合成纹理合成是为了解决纹理映射中存在的接缝变形以及纹理的获取等问题而被提出的，是对样本纹理的重建和再组织。通过纹理合成可以产生与输入样本纹理“相像”的纹理图像，它的目标是，给予一副样本纹理图像，可以合成任意形状和尺寸的新纹理，并且新