曲面纹理生成方法及实现的研究

论文摘要

曲面纹理绘制技术是绘制真实感图形最为常用的重要技术之一，它能有效模拟和增强景物表面的细节特征，而不需要增加几何模型的复杂度，在三维游戏动画、虚拟现实、计算机辅助设计等领域有着广阔的应用前景。本文对生成曲面纹理的主要技术进行深入研究，内容包括纹理映射、实体纹理生成以及基于样图的曲面纹理合成。论文的主要贡献及创新之处如下： 1．对球面纹理映射算法进行深入研究，提出一种改进的半球面纹理映射算法。该算法以Bier与Sloan关于衡量球面纹理变形的准则为依据，引入面积等比约束，可使映射纹理的变形大为降低。并进一步将该算法的应用从半球面扩展到球面上任意区域的纹理映射。 2．对纹理映射方法进行深入研究，改进了传统方法中的S映射，有效降低了纹理变形；运用插值运算消除纹理接缝，取得了视觉上的纹理连续效果；并针对环形物体表面的纹理绘制问题，提出一种基于圆环中介面的两步纹理映射新算法。 3．提出一种基于样图的体纹理绘制新方法。该方法以木材体纹理为例，通过建立样图空间、体纹理空间和物体表面之间的几何映射关系，直接在物体表面绘制三维实体木纹，可较好地表现出木材样图中的纹理细节与纹理特征，有效提高计算机绘制实体木纹的真实感与多样性。 4．针对曲面纹理合成的若干关键问题进行了研究与改进。提出一种面向纹理合成的网格优化算法，以提高纹理合成质量；提出一种基于高度排序的三角形纹理块装配算法，以提高纹理地图集的空间利用率。还提出一种运用局部区域映射加速纹理合成的算法，大幅度提升曲面纹理合成速度。 5．设计并实现一个能够集成多种三维表面纹理生成算法的实验系统。针对纹理图像的预处理问题，提出的两个改进算法：（1）提出一种保持图像亮度的局部直方图均衡算法用于纹理图像对比度增强；（2）构造了一种基于C2连续Catmull-Rom样条函数用于纹理图像的实时缩放处理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究内容与意义
• 1.2 纹理映射
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 纹理映射的基本原理
• 1.2.2.1 纹理空间
• 1.2.2.2 纹理映射的基本原理
• 1.2.3 纹理映射的基本方法
• 1.2.3.1 颜色纹理映射
• 1.2.3.2 凹凸纹理映射
• 1.2.3.3 环境纹理映射
• 1.3 实体纹理
• 1.3.1 研究现状
• 1.3.2 实体纹理的生成原理
• 1.4 基于样图的纹理合成
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 纹理样本
• 1.4.3 平面纹理合成
• 1.4.3.1 基于参数统计模型的纹理合成
• 1.4.3.2 基于采样的纹理合成
• 1.4.4 曲面纹理合成
• 1.5 本文的主要研究内容与安排
• 第二章 两步纹理映射算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 两步纹理映射的基本原理
• 2.3 改进的两步纹理映射算法
• 2.3.1 基于面积等比约束的对称S映射
• 2.3.1.1 球面的S映射
• 2.3.1.2 圆柱面的S映射
• 2.3.1.3 立方体表面的S映射
• 2.3.2 基于加权插值的纹理拼接
• 2.3.3 两步纹理映射实例
• 2.4 环形物体的两步纹理映射算法
• 2.4.1 问题的提出
• 2.4.2 圆环曲面作为中介面的S映射
• 2.4.2.1 面积等比约束的S映射
• 2.4.2.2 消除纹理接缝
• 2.4.3 O映射
• 2.4.4 实验结果与讨论
• 2.5 本章小结
• 第三章 球面纹理映射算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于面积等比约束的半球面纹理映射算法
• 3.2.1 传统的半球面纹理映射算法分析
• 3.2.2 基于面积等比约束的半球面纹理映射算法
• 3.2.3 应用实例
• 3.3 一种适用于球面局部区域的纹理映射算法
• 3.3.1 传统的整球面纹理映射算法分析
• 3.3.2 基于面积等比约束的局部球面映射算法
• 3.3.2.1 基本映射函数的引入
• 3.3.2.2 算法特点分析
• 3.3.3 纹理映射效果
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于样图的实体纹理绘制方法
• 4.1 引言
• 4.2 过程纹理绘制算法
• 4.2.1 实体木纹的绘制
• 4.2.2 大理石纹理的绘制
• 4.2.2.1 湍流函数
• 4.2.2.2 大理石纹理的模拟
• 4.2.3 水波的绘制
• 4.2.4 云彩的模拟
• 4.3 基于样图的实体木纹绘制算法
• 4.3.1 样图空间的定义
• 4.3.2 体纹理绘制方法
• 4.3.3 木材体纹理空间的颜色定义
• 4.3.3.1 基本定义
• 4.3.3.2 插值方法
• 4.3.3.3 径向扰动
• 4.3.3.4 偏移与倾斜
• 4.3.4 样图空间的纹理采样
• 4.3.4.1 样图尺寸的放大处理
• 4.3.4.2 样图空间中的纹理采样
• 4.3.5 实验结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 曲面纹理合成算法研究
• 5.1 引言
• 5.2 基于三角形的曲面纹理合成算法
• 5.2.1 网格简化与网格优化
• 5.2.1.1 网格简化
• 5.2.1.2 面向纹理合成的网格优化
• 5.2.2 切向矢量场与尺度标量场的生成
• 5.2.3 纹理匹配
• 5.2.4 纹理融合与存储
• 5.2.4.1 纹理融合
• 5.2.4.2 纹理存储
• 5.2.5 纹理合成实验结果
• 5.3 运用局部映射加速曲面纹理合成
• 5.3.1 基本思想
• 5.3.2 区域分割
• 5.3.3 局部纹理映射
• 5.3.4 基于三角形的纹理合成
• 5.3.5 实验结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 曲面纹理生成实验系统的设计与实现
• 6.1 概述
• 6.2 曲面纹理生成实验系统
• 6.2.1 系统的图形用户界面
• 6.2.2 主要功能模块简介
• 6.2.2.1 纹理输入与预处理模块
• 6.2.2.2 模型输入与预处理模块
• 6.2.2.3 纹理映射计算模块
• 6.2.2.4 纹理合成计算模块
• 6.2.2.5 实体纹理计算模块
• 6.2.2.6 曲面纹理绘制模块
• 6.3 纹理样图预处理算法
• 6.3.1 引言
• 6.3.2 亮度保持的局部直方图均衡算法
• 6.3.2.1 直方图均衡算法
• 6.3.2.2 局部直方图均衡算法
• 6.3.2.3 保持图像亮度的局部直方图均衡算法
• 6.3.2.4 彩色图像的直方图均衡方法
• 6.3.2.5 图像平均处理
• 6.3.2.6 实验结果与讨论
• 2连续Catmull-Rom样条的图像缩放算法'>6.3.3 一种基于C²连续Catmull-Rom样条的图像缩放算法
• 2连续Catmull样条函数的构造'>6.3.3.1 C²连续Catmull样条函数的构造
• 6.3.3.2 图像放大算法
• 6.3.3.3 实验结果
• 6.4 本章小结
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 攻读博士学位期间参与的科研项目与发表的论文