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用户指导下的多样图纹理合成算法研究及应用

作　者: 杨鹏
导　师: 童欣
学　校: 天津大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: MRF模型纹理合成用户可控样图树双边滤波
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 22次
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内容摘要

纹理可以描述很多自然现象,在图形学真实感绘制中,纹理映射可以极大地增强绘制真实感。随着影视、游戏特效真实感要求的日益提高,单幅样图纹理信息已不能满足需求。多样图混合合成可以增加合成图中丰富的细节信息,是一个亟待解决的课题,并有广泛的应用场景。本文主要就多样图纹理合成问题做了深入的研究和探索,实现了多种样图信息在用户指导下的可控合成。为了更好地将多种样图信息在同一张合成图中展现,本文提出一种新型的样图组织结构,称为“样图树”。“样图树”结构将多幅样图按照尺度关系组织成树形结构作为纹理合成算法的输入。以往的多样图融合算法一般都靠算法自动合成,用户可控性差。本文提出在“样图树”的最高层采用用户控制图的方式,通过用户提供的控制图灵活指导多样图的合成。多种纹理信息按照用户的指导进行有规划的合成,提高了多样图纹理合成的可控性和灵活性。为了进一步改善合成图质量,本文采用双边滤波技术改进纹理分析阶段。改进之后的样图栈,称为双边滤波栈。双边滤波技术在图像平滑的同时可以很好地保持图像边界,这一特性优化了本文算法的合成结果。双边滤波栈改善了多种纹理混合的边界处理问题,并且能够使合成图中的纹理元素更清晰。本文对算法进行了加速优化。在基于像素合成算法中,为了计算最匹配像素点,根据MRF(马尔可夫随机场)模型,算法需要用到像素的邻域信息。而对于RGB三通道图像,5 5邻域需要75维数据,为了降低算法复杂度,采用PCA主成分分析算法对邻域数据进行降维,提高程序的计算效率。此外本文还采用GPU并行加速技术对程序进行进一步加速优化。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-10
  1.1 课题背景及研究意义  7-8
  1.2 课题应用  8-9
    1.2.1 图像多样化修补和编辑  8-9
    1.2.2 真实感绘制  9
  1.3 本文结构安排  9-10
第二章相关工作综述  10-19
  2.1 纹理定义及建模  11-13
  2.2 基于样图的二维纹理合成算法分类综述  13-19
    2.2.1 基于像素合成技术  13-16
    2.2.2 基于块合成技术  16-18
    2.2.3 基于优化合成技术  18-19
第三章用户指导下的多样图纹理合成  19-36
  3.1 样图树组织结构  19-22
  3.2 样图分析算法  22-28
    3.2.1 样图栈创建  23-25
    3.2.2 邻域候选栈层集  25-26
    3.2.3 邻域搜索技术  26-28
  3.3 样图合成算法  28-32
    3.3.1 合成图层初始化  29-30
    3.3.2 增加图像随机性  30-31
    3.3.3 平滑修复合成图像  31-32
  3.4 结果分析  32-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章改进的双边滤波合成算法研究  36-44
  4.1 双边滤波技术  36-38
    4.1.1 高斯滤波线性滤波器  36-37
    4.1.2 双边滤波非线性滤波器  37-38
  4.2 双边滤波栈  38-40
  4.3 实验结果比较  40-42
  4.4 界面设计  42
  4.5 本章小结  42-44
第五章算法加速技术研究  44-52
  5.1 PCA 降维技术  44-47
    5.1.1 PCA（principal components analysis）  44-45
    5.1.2 颜色空间降维技术  45-46
    5.1.3 实验结果及分析  46-47
  5.2 GPU 加速技术  47-51
    5.2.1 GPU 技术概述  47-48
    5.2.2 实验过程描述及结果分析  48-51
  5.3 本章小结  51-52
第六章总结和展望  52-54
  6.1 本文工作总结  52-53
  6.2 未来工作展望  53-54
参考文献  54-57
发表论文和参加科研情况说明  57-58
致谢  58

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