论文摘要：纹理合成/映射的研究及其应用

纹理包含任意的图案，可以模拟各种表面属性，如颜色、反射（reflection）、透明等，在真实感绘制方面起着非常重要的作用。计算机模拟物体表面纹理细节主要有三种方法。第一，用多边形或其他几何原语对表面细节进行建模，但是当对表面细节要求比较高的时候，这种方法很不实用；第二，纹理合成技术，根据模型生成纹理和根据已有纹理生成新的纹理。第三，纹理映射技术，把纹理样图或者多幅图像“贴”（映射）到物体的表面上。近年来，纹理合成和纹理映射技术被广泛地应用于二维（2D）图像的修复和三维（3D）模型纹理重构中，因此纹理合成和映射技术成为计算机图形学、计算机视觉和图像处理领域内的一个研究热点。 本文以国家自然科学基金重点项目“虚拟奥运博物馆关键技术研究”为背景，开展如下研究工作：(1) 研究了基于样图的二维纹理合成方法，并且基于Antonio Criminisi等人的自动图像修复思想，给出了一种结合纹理合成的图像修复方法。一系列的修复实例表明了我们的算法不仅适用于纹理特征丰富的图像，而且适用于结构性强的图像；不仅适用于移除图像上印章、裂纹、悬浮的文字等线条形的对象，也适用于移除图像上人或者物等大面积的对象。并且该方法实用、鲁棒性高，修复的结果优于同类技术得到的结果。(2) 研究了曲面纹理合成方法，实现和完善了基于分片映射的纹理合成方法，解决了传统纹理映射中存在的裂缝和扭曲变形等问题，并且真实地反映模型表面的纹理走向。该方法既适用于非结构性的纹理样图，又适用于结构性的纹理样图。(3) 研究了纹理映射技术，给出了一种基于实拍照片为已知几何模型添加纹理的新方法。以往的方法采用加权平均实现纹理的无缝拼接，容易引起拼接处模糊错位、亮度不一致等加工痕迹。本文方法利用漫反射光亮度视点无关性，将两种不同类的表面反射模型统一转化为漫反射模型，实现表面纹理的无缝拼接。采用简单的设备，实现了真实文物模型表面纹理的自动重构。 基于上述研究成果，本文开发了图像自动修复工具，曲面纹理合成工具和3D模型表面纹理重构工具，并且应用于“虚拟奥运博物馆关键技术研究”项目中。