纹理映射、合成和压缩

论文题目: 纹理映射、合成和压缩

论文类型: 博士论文

论文专业: 计算机应用技术

作者: 汤颖

导师: 鲍虎军

关键词: 纹理映射,参数化,伯努力分布,径向基函数,纹理合成,用户交互,纹理压缩,图像编码,可编程图形硬件

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 纹理技术是计算机图形学中应用最广泛的重要技术之一，在不增加物体表面几何复杂度的情况下，它可以有效模拟和增强景物表面的细节特征。纹理技术在影视娱乐、虚拟仿真、产品设计等领域有着广阔的应用前景。本论文重点研究纹理技术的三个关键问题：纹理映射、纹理合成和纹理压缩，主要工作及贡献如下：1．纹理映射●提出了基于伯努力(Bernoulli)嵌入模型的纹理映射方法。该算法假设三维网格和对应二维展平网格上点与点之间的关系，包括距离和相邻等关系，满足Bernoulli分布，通过最小化三维空间和二维空间关系分布函数之间的距离，将三维网格上点与点之间的关系有效地映射到二维参数域上，从而得到扭曲很小的参数化结果。为了保证参数化结果不出现三角形翻转，对上述参数化结果进一步采用基于拉伸(stretch)的优化，只需少数几次迭代就能收敛到扭曲更小的有效参数化结果。●提出了基于径向基函数(Radius Basis Function)的带约束纹理映射算。该算法使用径向基函数插值用户给出的一系列约束点，从而得到满足约束条件的具有解析表达形式的纹理映射函数。由于本文选用的径向基函数具有最小化能量的性质，所以生成的纹理映射结果比较光滑。与以往的带约束纹理映射算法相比，该算法计算速度快，且得到精确满足约束条件的映射结果。2．纹理合成●提出了一种新的基于用户控制的纹理合成算法。该方法适用于任意形状的二维平面区域和由三角形组成的任意网格，可方便地控制纹理合成时方向和尺度的连续变化。对于任意平面区域情况，需剖分成较均匀的三角网格，以剖分而得的三角形作为基本的合成单元来进行合成。根据用户在此三角网格上指定一些表示纹理方向和大小的矢量，在三角网格上插值生成矢量场，此矢量场用来控制合成纹理的变化。对于每一块待合摘要成的三角形，提取出检测模板作为合成查找的约束。此算法可以自然扩展到由三角面片构成的任意三维曲面，以三角面片作为合成单元，合成后直接输出每个顶点的纹理坐标。本算法对二维和三维纹理合成给出了统一的实现框架，可以在任意目标区域按照用户的要求生成令人满意的纹理合成效果。3.纹理压缩 .提出了一种新的针对纹理图像的编码算法—增量式纹理编码算法，并实现了基于可编程图形硬件的实时解压绘制。该算法在图像压缩编码过程中，根据规则对码表内容渐进动态增加，只有当已有码表内容不能表示当前图像区域时，才增加码表内容。这种方法不仅能够对于自相似性较强的纹理图像取得很高的压缩比，而且由于码表的动态更新特性，可以对图像序列进行流式编码。在绘制纹理时，该算法充分利用了现有可编程图像硬件的特性，实现了实时解压绘制。对于静态图像和动态图像序列进行的实验结果表明此方法适于灵活有效的对各类纹理图像进行编码。 .为了根据图像不同区域的重要度对图像进行自适应压缩，提出了基于重要度驱动的图像编码算法。该算法根据重要度原则从纹理图像中选取一幅或多幅样图并将这些样图作为码本来压缩纹理，该重要度原则综合考虑了样图的压缩率、人眼对图像不同区域的敏感程度和由参数化引起的纹理拉伸等因素。该算法在压缩纹理的同时可以完全保持与码本对应的重要区域的图像细节和内容。对于单幅图像内不能被样图编码的小部分剩余区域，算法采用矢量量化方法进行压缩;对于动态图像序列内不能使用样图来压缩的区域，则采用上面介绍的可以灵活更新码表的增量式纹理编码算法来进行编码。算法同样利用可编程图形硬件实现了对压缩纹理的实时解压绘制。关键词:纹理映射，参数化，伯努力分布，径向基函数，纹理合成，用户交互，纹理压缩，图像编码，可编程图形硬件

论文目录:

摘要

Abstract

第一章绪论

1． 1 纹理映射

1． 1． 1 平面参数化方法

1． 1． 1． 1 基于表面几何的参数化

1． 1． 1． 2 基于表面信号的参数化

1． 1． 1． 3 基于约束的参数化

1． 1． 2 封闭曲面参数化方法

1． 1． 2． 1 亏格为零的曲面参数化

1． 1． 2． 2 任意亏格值曲面的参数化

1． 2 基于样图的纹理合成

1． 2． 1 平面纹理合成技术

1． 2． 1． 1 基于参数统计模型的纹理合成方法

1． 2． 1． 2 非参数纹理合成方法

1． 2． 2 三维表面纹理合成技术

1． 3 纹理压缩

1． 4 本文的主要研究内容和工作

第二章纹理映射

2． 1 引言

2． 2 基于Bernoulli嵌入模型的纹理映射方法

2． 2． 1 Bernoulli嵌入(Embedding)模型

2． 2． 1． 1 Bernoulli嵌入模型

2． 2． 1． 2 基于块松弛的二次下限算法

2． 2． 2 基于Bernoulli嵌入模型的纹理映射算法

2． 2． 2． 1 计算曲面测地距离

2． 2． 2． 2 基于stretch的参数化优化

2． 2． 3 实验结果

2． 2． 3． 1 单片模型的纹理映射

2． 2． 3． 2 一般流形网格模型的多片纹理映射

2． 3 基于径向基函数的带约束纹理映射

2． 3． 1 基于径向基函数的纹理映射

2． 3． 1． 1 径向基函数

2． 3． 1． 2 基于RBF的纹理映射

2． 3． 2 实验结果和讨论

2． 4 本章小结

第三章基于用户控制的纹理合成

3． 1 引言

3． 1． 1 相关工作

3． 1． 2 算法概述

3． 2 算法预处理

3． 2． 1 平面目标合成区域的三角剖分

3． 2． 2 矢量场计算

3． 3 带有方向尺度变化的纹理合成

3． 3． 1 提取检测模板

3．3． 2 旋转检测模板来控制方向变化

3．3． 3 尺度变化控制

3．3． 4 查找最佳匹配块

3． 3． 5 边界处理

3． 4 三维纹理合成

3． 5 实验结果和讨论

3． 6 本章小结

第四章面向绘制的纹理压缩

4． 1 引言

4． 2 增量式纹理压缩

4． 2． 1 增量式纹理编码算法

4． 2． 1． 1 算法数据结构

4． 2． 1． 2 增量式纹理码表的生成

4． 2． 1． 3 基于GPU的纹理绘制

4． 2． 2 实验结果及讨论

4． 2． 2． 1 算法参数的选取

4． 2． 2． 2 静态图像的压缩绘制结果

4． 2． 2． 3 动态图像序列的压缩绘制结果

4． 2． 3 结论

4． 3 面向绘制的基于重要度的纹理压缩

4． 3． 1 算法综述

4． 3． 2 基于重要度的样图选取

4． 3． 2． 1 样图重用率

4． 3． 2． 2 视觉重要度模型

4． 3． 2． 3 纹理映射引起的拉伸

4． 3． 2． 4 重要度合成

4． 3． 3 纹理的编码和解码

4． 3． 3． 1 单幅图像的矢量量化算法

4． 3． 3． 2 图像序列的增量式编码算法

4． 3． 3． 3 压缩数据的绘制

4． 3． 4 实验结果和讨论

4． 3． 4． 1 单幅纹理的编码解码结果

4． 3． 4． 2 图像序列的纹理压缩

4． 3． 5 结论

4． 4 本章小结

结束语

参考文献

攻读博士学位期间完成的论文

致谢

发布时间: 2005-04-26

参考文献

[1].纹理映射、合成与替换算法研究[D]. 郭延文.浙江大学2006
[2].Tile-Based图形处理方法及高质量图形算法设计[D]. 朱玥.中国科学技术大学2012
[3].褪色文物模型色彩重建技术研究[D]. 李娜.西北大学2015
[4].带约束的曲面参数化和骨骼提取方法研究与应用[D]. 赵元棣.大连理工大学2011
[5].基于临近空间平台的立体信息获取及可视化技术研究[D]. 关卓威.哈尔滨工业大学2014
[6].心脏组织分割与可视化关键算法研究[D]. 冯朝路.东北大学2014
[7].网格曲面的展开与可展性优化[D]. 陈中贵.浙江大学2009
[8].基于面网格的物理仿真方法及其在数字化制造中的应用[D]. 张译中.浙江大学2016
[9].网络环境中地图瓦片的索引与压缩方法研究[D]. 李海亭.武汉大学2010
[10].基于图象的快速绘制技术的研究[D]. 郑新.中国科学院软件研究所2001

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