专利名称：一种基于纹理样图的循环纹理设计方法
技术领域：
本发明属于计算机图像处理领域，可以应用于计算机游戏、计算机动 画、计算机图形学、虚拟现实和数字媒体等领域，尤其涉及一种基于紋理 样图的循环紋理的设计方法。
背景技术：
紋理设计在动漫、游戏业中的应用需求非常广泛。基于紋理样图的紋 理合成是近几年迅速发展起来的一种新的紋理合成技术，它基于给定的小
区域紋理样图合成^L觉上相似而连续的大紋理。在现有的非参数化紋理合 成方法中(参见Kwatra, V" Sch6dl， A.， Essa, I" Turk, G,Bobick, A.: Graphcut textures: image and video synthesis using graph cuts. ACM Transactions on Graphics, 2003， 22(3)， 277—286)，往往强制使用 一个周期性 的边界条件，从输入的紋理样图中搜索出候选紋理样图块。循环紋理是一 种前后左右四个方向祸4妄都不会出现裂缝的一种紋理。动画、游戏和虚拟 现实等行业中的场景通常较大，为了加快绘制速度和减少紋理所占的内存 空间，使用循环紋理是一种常用的方法。尽管循环紋理可由美工来尽心设 计，但如何从一张现实世界中拍摄的紋理样图来设计循环紋理还没有现成 的方法和工具。
发明内容
本发明提供了一种基于紋理样图的循环紋理的设计方法，该方法实现 了直接利用紋理样图设计循环紋理。
一种基于紋理样图的循环紋理的设计方法包括四个步骤输入紋理样
图；在水平方向对紋理样图进行首尾巻叠，并利用图切割方法求解最佳缝 合线，得到水平方向的循环紋理；在垂直方向对水平方向的循环紋理进行 首尾巻叠，并利用图切割方法求解最佳缝合线，得到垂直方向的循环紋理； 输出循环紋理。本发明所输入的紋理样图可以是现实世界拍摄的图像，也可以是软件 设计的图像。
本发明所述的在水平方向对紋理样图进行首尾巻叠，并利用图切割方
法进行缝合，得到水平方向的循环紋理的方法如下
在水平方向将紋理样图分为两块紋理面片j和丑，再将两块紋理面片 在水平方向重新排列，使两块紋理面片的水平方向的首尾边缘进行重叠， 紋理面片J和紋理面片B重叠的区域的宽度为J，建立纹理面片j和紋理 面片5的带权有向图；设五和F分别为带权有向图的源点和汇点，源点￡ 和汇点F分别向紋理面片」和5的重叠区域内的象素发出/-连接的弧， 紋理面片力和5重叠区域内的象素向四个邻域象素发出w-连接的弧，f -连接的弧的权值大小为w;根据紋理面片爿和紋理面片5的带权有向图 由源点向汇点进行所有路径的遍历，得到能量函数最小的路径，即紋理面 片爿和5的水平方向的最佳缝合线，即得到了水平方向的循环紋理。
本发明所述的在垂直方向对水平方向的循环紋理进行首尾巻叠，并利 用图切割方法进4亍缝合，得到垂直方向的循环紋理的方法如下
在垂直方向将水平方向的循环紋理分为两块紋理面片C和D，再将两 块紋理面片在垂直方向重新排列，使两块紋理面片的垂直方向的首尾边缘 进行重叠，紋理面片^和紋理面片B重叠的区域的宽度为《，建立紋理面 片C和Z)的带权有向图；设G和/Z分别为带权有向图的源点和汇点，源 点G和汇点H分别向紋理面片C和D的重叠区域内的象素发出f-连接 的弧，紋理面片C和D重叠区域内的象素向四个邻域象素发出w-连接的 弧，f-连接的弧的权值大小为w;根据紋理面片C和紋理面片Z)的带权 有向图由源点向汇点进行所有路径的遍历，得到能量函数最小的路径，即 紋理面片C和D的水平方向的最佳缝合线，即得到了垂直方向的循环紋 理，即紋理样图的最终的循环紋理。
本发明方法通过在水平和垂直两个方向对紋理样图进行巻叠，并利用 图切割方法求解最佳缝合线，得到流畅的循环紋理。本发明方法简单方便、 费用廉价、控制精确，用户可以根据自己的需求设计循环紋理的大小，实 现了直接利用紋理样图设计循环紋理。
图l是本发明的技术方案流程图2 (a)是水平方向紋理重叠区域缝合线示意图2 (b)是水平方向紋理重叠区域带权有向图及最小切割示意图3 (a)是垂直方向紋理重叠区域缝合线示意图3 (b)是垂直方向紋理重叠区域带权有向图及最小切割示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明一种基于紋理样图的循环紋理的设计方法的 实施例进行详细i兌明。
如图1所示， 一种基于紋理样图的循环紋理的设计方法包括四个步 骤输入紋理样图；在水平方向对紋理样图进行首尾巻叠，并利用图切割 方法求解最佳缝合线，得到水平方向的循环紋理；在垂直方向对水平方向 的循环紋理进行首尾巻叠，并利用图切割方法求解最佳缝合线，得到垂直 方向的循环紋理；输出循环紋理。
现具体介绍本方法的四个步骤
1) 输入紋理样图
输入一幅紋理宽为w,高为的紋理样图/，可以是现实世界拍摄的 图像，也可以是软件设计的图像。定义一个直角坐标系，原点O的坐标为 (0， O)水平方向为X方向，垂直方向为Y方向。紋理样图I在直角坐标 系里的区域为((O, 0), (w, 即/((0， 0), (w, /0)。
2) 在水平方向对紋理样图进行首尾巻叠，并利用图切割方法进行缝 合，得到水平方向的循环紋理
在水平方向对紋理样图进行首尾巻叠，即在水平方向将紋理样图/
((o， o), (w， /z))分为两块紋理面片/w=/((W2+i， o),o, ;o)和/;^/((0,
0),(W2， /0)，并在水平方向对两块紋理面片/w和/w进行重新排列得到A= //n U/A2，再将重新排列的两块紋理面片的边缘进行重叠，设定水平重叠 区的宽度为；％，利用图切割算法求解水平方向重叠区的最佳缝合线，得 到水平方向的循环紋理/、= ^qp/zc^ , /A2)。
利用图切割算法求解水平方向重叠区的最佳缝合线的具体过程如下 如图2所示，两块相邻紋理面片//n和/w，紋理面片/w和紋理面片 重叠的区域J的宽度为mA，建立紋理面片/w和/^的带权有向图。设￡和F分别为带权有向图的源点和汇点，源点五和汇点F分别向紋理面片/A1 和/w的重叠区域内的象素发出"连接的弧，同时紋理面片7M和/^重叠 区域内的象素向四个邻域象素发出w-连接的弧。"连接的弧的权值大小 为oo,这样可以保证切割线不会传给重叠区域的边界。根据紋理面片/M
和/A2的带权有向图由源点向汇点进行所有路径的遍历，得到能量函数最 小的路径，也就是紋理面片/w和/ft2的水平方向的最佳缝合线，这样就得 到了水平方向的循环紋理/，/^^a/ /K^(/w ，/a2), /、在直角坐标系里的区
域为((O， 0)， (w-mA， 即/、((0， 0), (w-附a， /z))。
3) 在垂直方向对水平方向的循环紋理进行首尾巻叠，并利用图切割 方法进行缝合，得到垂直方向的循环紋理
在垂直方向对水平方向的循环紋理/，/; ((O， 0)， (w-m/p /z))进行首 尾巻叠，即在垂直方向将水平方向的循环紋理样图/、( ( 0， 0 )， ( w-/^， /2 )) 分为两块紋理面片/vl = A ((( 0， 0 )， (w-附a, /2/2))和/v2= A ((( 0, /z/2+l),(w-
附A,A)),并在垂直方向对两块紋理面片/w和/v2进^f亍重新排列得到/v =/vl
u/v2,再将重新排列的两块紋理面片的边缘进行重叠，设定垂直重叠区的 宽度为mv,利用图切割算法求解水平方向重叠区的最佳缝合线，得到垂直
方向的循环紋理为/，-^fl/7/2cw《/w， /v2)，即紋理样图的最终循环紋理。
利用图切割算法求解垂直方向重叠区的最佳缝合线的具体过程如下
如图3所示，两块相邻紋理面片/vl和/v2,紋理面片/w和紋理面片/v2
重叠的区域的宽度为mv，建立紋理面片/w和/v2的带权有向图。设G和/f 分别为带权有向图的源点和汇点，源点G和汇点/Z分别向紋理面片4和
人2的重叠区域内的象素发出连接的弧，同时紋理面片/w和/y2重叠区 域内的象素向四个邻域象素发出w-连接的弧。连接的弧的权值大小为
~，这样可以保证切割线不会传给重叠区域的边界。根据紋理面片/w和 /v2的带权有向图由源点向汇点进行所有路径的遍历，得到能量函数最小的
路径，也就是紋理面片/^和/v2的垂直方向的最佳缝合线，这样就得到了
垂直方向的循环紋理/，-gra;^c"《/w， /v2)，即紋理样图的最终循环紋理。
4) 输出循环紋理
输出循环紋理/ '= ^ra/ /7cw《/vi ， /v2)。
权利要求
1.一种基于纹理样图的循环纹理的设计方法，该方法包括(1)输入一幅纹理样图，在水平方向对纹理样图进行首尾卷叠，在水平重叠区域，利用图切割方法求解最佳缝合线，得到水平方向的循环纹理；(2)在垂直方向对水平方向的循环纹理进行首尾卷叠，在垂直重叠区域，利用图切割方法求解最佳缝合线，得到最终的循环纹理。
2. 根据权利要求1所述的图切割方法，其特征在于选取4壬意两块相邻紋理面片^和5,紋理面片^和紋理面片5重叠的 区域的宽度为,建立紋理面片J和紋理面片5的带权有向图；设五和F 分别为带4又有向图的源点和汇点，源点五和汇点F分别向紋理面片爿和5 的重叠区域内的象素发出f-连接的弧，紋理面片爿和5重叠区域内的象 素向四个邻域象素发出"-连接的弧，连接的弧的权值大小为oo;根据紋理面片爿和5的带权有向图由源点向汇点进行所有路径的遍历，得到能 量函数最小的路径，即紋理面片^和紋理面片5的最佳缝合线。
全文摘要
本发明公开了一种基于纹理样图的循环纹理的设计方法，该方法包括该方法包括(1)输入一幅纹理样图，在水平方向对纹理样图进行首尾卷叠，在水平重叠区域，利用图切割方法求解最佳缝合线，得到水平方向的循环纹理；(2)在垂直方向对水平方向的循环纹理进行首尾卷叠，在垂直重叠区域，利用图切割方法求解最佳缝合线，得到最终的循环纹理。本发明方法简单方便、费用廉价、控制精确，用户可以根据自己的需求设计循环纹理的大小，实现了直接利用纹理样图设计循环纹理。
文档编号G06T15/10GK101308580SQ200810062279
公开日2008年11月19日 申请日期2008年6月12日 优先权日2008年6月12日
发明者沈建冰, 茅晓阳, 金小刚 申请人:浙江大学