专利名称：基于粒子纹理的流体视频合成方法
技术领域：
本发明涉及的是一种图像处理技术领域的方法，具体是一种基于粒子纹理的流体
视频合成方法。
背景技术：
流体主要是指自然界里的水流、瀑布、烟雾等现象，流体视频合成是目前计算机视 觉领域中的一个研究热点，在数字游戏，电影特效等领域都有很广阔的应用前景。真实世界 中拍摄的流体图像，具有那些合成的图像无法攀比的细腻和美感。近些年来，尽管随着仿 真，渲染，图像处理的技术进步，视频合成的水平有所提高，但是合成的视频还是无法做到 像自然世界中的景象那样真实。但是自然世界中得到的真实视频毕竟是时间上有限的并 且受到了场景物理因素的限制。因此，一方面为了得到任意时间长度的流体视频，另一方面 为了使得用户可以方便地按照需要编辑视频，研究者们提出了一些基于视频纹理的研究方 法，但是这些方法都是以较高的计算复杂度为代价，并且一般局限于某一种特定类型的流 体运动，如烟，水流或者火焰等。 经过对现有技术的文献检索发现，Doretto等人在《International Journal ofComputer Vision (计算机视觉期刊)》(2003年第91-109页)上发表了题为 "DynamicTexture (动态纹理)"的文章，该文使用自回归过滤法对视频序列中流体的复杂 运动进行建模和编辑。对于特定的处理过程，该方法可成功合成任意长的纹理序列，从而得 到任意长度的流体视频。但是该技术只能对整幅图片或者视频进行合成，而不能灵活的根 据用户的需要进行合成，合成速度慢且效果欠佳。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题和不足，提出了一种基于粒子纹理的流体视频合 成方法。本发明在输入视频片段的基础上进行任意长度的视频帧序列，并可以根据用户的 需求对视频中流体的运动进行编辑，计算量小，应用方便，通用性强。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤 第一步，根据输入视频中的流体运动部分，画出表征流体运动轨迹和运动趋势的 流线。 第二步，在输入视频的每一帧，沿着流体的流线，在若干个固定位置点处选择并存 储纹理片，确定流体运动区域的纹理结构。 第三步，根据每个固定位置点处的纹理片信息，按照纹理片排布规则进行纹理图 的排布，并利用重叠区域像素融合方法对重叠区域的纹理片结构进行像素融合处理。
所述的纹理片排布规则是当输入视频有N帧图像时，在第一个固定位置点处，将 第一个纹理片放置在第一帧，第二个纹理片放置在第二帧，以此类推，将第N个纹理片放在 第N帧；在第二个固定位置点处，将第一个纹理片放在第二帧，第二个纹理片放在第三帧， 以此类推，第N-l个纹理片放在第N帧，第N个纹理片放在第一帧；在第三个固定位置点处，将第一个纹理片放在第三帧，第二个纹理片放在第四帧，以此类推，第N-2个纹理片放在第 N帧，第N-l个纹理片放在第一帧，第N个纹理片放在第二帧；以此类推，在第N个固定位置 点处，第一个纹理片放在N帧，第二个纹理片放在第一帧，以此类推，第N个纹理片放在第 N-l帧。 所述的重叠区域像素融合方法是对于纹理片K和纹理片K+l重叠区域的像素点
的合成像素颜色R，由下式确定 R = Rk X dk/d+Rk+1 X (d-dk) /d 其中，Rk表示纹理片K的像素颜色，Rk+1表示纹理片K+l的像素颜色，dk表示重叠 区域像素到纹理片K与重叠区域交线的距离，d表示纹理片K和纹理片K+l重叠区域的宽 度。 第四步，对纹理片重叠区域内像素值不连续的图片进行插值和滤波处理，进而将 得到的像素连续的图片按时间顺序连接成视频。 第五步，基于法线信息保留法对得到的视频中的流体运动部分进行编辑。 所述的法线信息保留法是将已知流体运动轨迹的法线方向上的信息经过变化映
射到用户画定的轨迹法线上的对应位置，使得两条轨迹的法线信息得到保留。 与现有技术相比，本发明的有益效果是采用纹理片调整的方式来生成无限长视
频，合成的速度更快；且可以输入流线，根据流体纹理特征生成新的视频，合成的效果更丰
虽o
图1为实施例输入的图片； 图2为实施例经第一步处理后的图片； 图3为实施例经第二步处理后的图片； 图4为实施例经第四步处理后的图片； 图5为实施例经第五步处理后的图片。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的方法作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提 下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述 的实施例。
实施例 如图l所示，本实施例用于含有烟雾的图片的视频合成，该图片的参数为帧尺
寸320*240 ;时间长度2秒；帧率30帧/秒；彩色RGB 3通道，具体步骤如下 第一步，根据输入视频中的流体运动部分，画出表征流体运动轨迹和运动趋势的
流线，如图2中线条所示； 第二步，在输入视频的每一帧，沿着烟雾的流线，在若干个固定位置点处选择并存 储纹理片，确定烟雾运动区域的纹理结构，如图3所示，其中图中的纵向是若干帧的纹理 结构，图中的横向是四个固定位置点的纹理结构。
第三步，根据每个固定位置点处的纹理片信息，按照纹理片排布规则进行纹理图 的排布，并利用重叠区域像素融合方法对重叠区域的纹理片结构进行像素融合处理。
所述的纹理片排布规则是当输入视频有N帧图像时，在第一个固定位置点处，将 第一个纹理片放置在第一帧，第二个纹理片放置在第二帧，以此类推，将第N个纹理片放在 第N帧；在第二个固定位置点处，将第一个纹理片放在第二帧，第二个纹理片放在第三帧， 以此类推，第N-l个纹理片放在第N帧，第N个纹理片放在第一帧；在第三个固定位置点处， 将第一个纹理片放在第三帧，第二个纹理片放在第四帧，以此类推，第N-2个纹理片放在第 N帧，第N-l个纹理片放在第一帧，第N个纹理片放在第二帧；以此类推，在第N个固定位置 点处，第一个纹理片放在N帧，第二个纹理片放在第一帧，以此类推，第N个纹理片放在第 N-l帧。 所述的重叠区域像素融合方法是对于纹理片K和纹理片K+l重叠区域的像素点 的合成像素颜色R，由下式确定
R = Rk X dk/d+Rk+1 X (d_dk) /d 其中，Rk表示纹理片K的像素颜色，Rk+1表示纹理片K+l的像素颜色，dk表示重叠 区域像素到纹理片K与重叠区域交线的距离，d表示纹理片K和纹理片K+l重叠区域的宽 度。 第四步，对纹理片重叠区域内像素值不连续的图片进行线性插值和高斯滤波处
理，进而将得到的像素连续的图片按时间顺序连接成视频，如图4所示。 第五步，基于法线信息保留法对得到的视频中的流体运动部分进行编辑，如图5所示。 所述的法线信息保留法是将已知流体运动轨迹的法线方向上的信息经过变化映
射到用户画定的轨迹法线上的对应位置，使得两条轨迹的法线信息得到保留。 本实施例对包含烟雾的视频片段完全能够实施应用，并可按照用户的需要，任意
编辑视频，且合成速度快，合成效果好。
权利要求
一种基于粒子纹理的流体视频合成方法，其特征在于，包括如下步骤第一步，根据输入视频中的流体运动部分，画出表征流体运动轨迹和运动趋势的流线；第二步，在输入视频的每一帧，沿着流体的流线，在若干个固定位置点处选择并存储纹理片，确定流体运动区域的纹理结构；第三步，根据每个固定位置点处的纹理片信息，按照纹理片排布规则进行纹理图的排布，并利用重叠区域像素融合方法对重叠区域的纹理片结构进行像素融合处理；第四步，对纹理片重叠区域内像素值不连续的图片进行插值和滤波处理，进而将得到的像素连续的图片按时间顺序连接成视频；第五步，基于法线信息保留法对得到的视频中的流体运动部分进行编辑。
2. 根据权利要求1所述的基于粒子纹理的流体视频合成方法，其特征是，第三步中所 述的纹理片排布规则是当输入视频有N帧图像时，在第一个固定位置点处，将第一个纹理 片放置在第一帧，第二个纹理片放置在第二帧，以此类推，将第N个纹理片放在第N帧；在第 二个固定位置点处，将第一个纹理片放在第二帧，第二个纹理片放在第三帧，以此类推，第 N-l个纹理片放在第N帧，第N个纹理片放在第一帧；在第三个固定位置点处，将第一个纹 理片放在第三帧，第二个纹理片放在第四帧，以此类推，第N-2个纹理片放在第N帧，第N-l 个纹理片放在第一帧，第N个纹理片放在第二帧；以此类推，在第N个固定位置点处，第一个 纹理片放在N帧，第二个纹理片放在第一帧，以此类推，第N个纹理片放在第N-l帧。
3. 根据权利要求1所述的基于粒子纹理的流体视频合成方法，其特征是，第三步中所 述的重叠区域像素融合方法是对于纹理片K和纹理片K+l重叠区域的像素点的合成像素 颜色R，由下式确定<formula>formula see original document page 2</formula>其中，Rk表示纹理片K的像素颜色，Rk+1表示纹理片K+l的像素颜色，dk表示重叠区域 像素到纹理片K与重叠区域交线的距离，d表示纹理片K和纹理片K+l重叠区域的宽度。
4. 根据权利要求1所述的基于粒子纹理的流体视频合成方法，其特征是，第五步中所 述的法线信息保留法是将已知流体运动轨迹的法线方向上的信息经过变化映射到用户画 定的轨迹法线上的对应位置，使得两条轨迹的法线信息得到保留。
全文摘要
本发明公开一种图像处理技术领域的基于粒子纹理的流体视频合成方法，包括以下步骤根据输入视频的流体运动部分，画出表征流体运动轨迹和运动趋势的流线；在输入视频的每一帧，沿着流体的流线，在若干个固定位置点选择并存储纹理片，确定流体运动区域的纹理结构；根据每个固定位置点处的纹理片信息，按照纹理片排布规则进行纹理图的排布，并利用重叠区域像素融合方法对重叠区域的纹理片结构进行像素融合处理；对纹理片重叠区域内像素值不连续的图片进行插值和滤波处理，进而将得到的像素连续的图片按时间顺序连接成视频；基于法线信息保留法对得到的视频中的流体运动部分进行编辑。本发明可生成无限长视频，合成的速度快，且合成的效果更丰富。
文档编号H04N5/262GK101710945SQ200910310619
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者刘允才, 赵语涛 申请人:上海交通大学