一种3d流体场景的合成方法
【专利摘要】本发明公开了一种3D流体场景的合成方法，该方法包括输入视频初始化、单针合成和视频合成三个步骤，首先，重建原视频中的流体，将其转化到3D空间，并统计原视频第一帧中所有边缘区域的直方图，利用直方图的统计信息将边缘区域进行近似分类；然后，利用分类的结果进行第一帧的合成，其中用到多带平滑算法去除合成过程中出现的不真实边缘部分；最后，利用第一帧以及第一帧的合成信息，合成后续各帧。本发明能够有效的提取2D视频流体信息，并合成任意大小的3D流体视频，合成的纹理将与原视频纹理保持一致。
【专利说明】一种3D流体场景的合成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种3D流体场景的合成方法，特别是利用流体视频的连续性进行大规模场景合成，使得合成的流体场景更加真实。
【背景技术】
[0002]3D场景合成技术是一项应用性十分广泛的技术，在电子游戏、科幻电影等商业领域大量使用。目前，大部分商用技术采用物理属性重建的方式，缺少使用视频流体合成3D水域场景的方法。物理属性合成的缺点是为了合成真实的水流，需要大量计算运动属性，计算量巨大，耗时严重。而视频流体合成方法，提取了原视频的流体特征进行合成，合成快速，但现有的方法大多在2D场景下合成，不能满足合成3D水流的要求，因此提供基于视频的3D水流场景合成技术具有重要的现实意义和使用价值。
[0003]流体运动是一种典型的非刚体运动，具有随机性、多变性等特点。在物体纹理的合成过程中，纹理分为弱纹理和强纹理。弱纹理具有自相似性，其图像变化具有亮度不变性；而视频中的流体部分属于强纹理，其特点是纹理变化快速，随机分布特征明显，多种纹理同时存在，互相融合，因此在合成过程中保持原流体纹理的特征十分重要，一种简单高效的方式是从直接利用原纹理进行合成。
[0004]目前，采用视频流体纹理直接合成水流纹理的研究已经有了一些成果。这些研究成果可以在保证与原纹理相似的条件下，合成任意大小、随机分布的水流纹理。随着大量研究资源的投入，这种方法已经可以达到实时合成的要求。但是，在合成结果中，合成的流体都是平面下的不可交互流体，缺少在三维空间合成的有效方式。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有技术中存在的问题而提供的一种有效的3D流体场景的合成方法，利用该方法能得到具有外观真实感的任意面积的3D水流场景。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007]—种3D流体场景的合成方法，它包括以下具体步骤:
[0008]a)原视频预处理操作
[0009]是将原视频重建到三维空间，并对于每一帧进行灰度直方图统计，利用统计结果进行近似聚类；
[0010]b)合成视频初始化
[0011]I)使用马尔科夫随机场对视频第一帧进行合成，并使用预处理时的聚类信息进行加速，具体步骤:
[0012]i )从三维重建后的原始视频第一帧中随机选择一个纹理块，并贴入拟合成3D流体场景的左上角；定义:拟合成3D流体场景中已合成的纹理为Etj，边缘区域为Eb，正在匹配的粒子块为Bk ；
[0013]ii)在三维重建后的原始视频第一帧中选择与已合成纹理Etj最相似的匹配块Bk ；匹配相似度由公式(I)计算:
[0014]
【权利要求】
1.一种3D流体场景的合成方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤: a)原视频预处理操作 是将原视频重建到三维空间，并对于每一帧进行灰度直方图统计，利用统计结果进行近似聚类； b)合成视频初始化 I )使用马尔科夫随机场对视频第一帧进行合成，并使用预处理时的聚类信息进行加速，具体步骤: i)从三维重建后的原始视频第一帧中随机选择一个纹理块，并贴入拟合成3D流体场景的左上角；定义:拟合成3D流体场景中已合成的纹理为Etj，边缘区域为Eb，正在匹配的粒子块为Bk ； ii)在三维重建后的原始视频第一帧中选择与已合成的纹理Etj最相似的匹配粒子块Bk ；匹配相似度由公式(I)计算:
N-\ DOB = Y\h'o-K\⑴
?=? Dtffi代表两个纹理块的不相似度，4代表上一个纹理块中第ith个像素的高度，<代表正在匹配块中第ith个像素的高度；当Dm最小时，Bk是最相似纹理块，并将其加入Etj ;为了加快速度，寻找最匹配Bk时，只在与上一个匹配块同类的纹理块中查找；iii)重复步骤?)，直到第一帧合成完毕； II)为使马尔科夫随机场的合成效果更精确，对合成过程中任意两个相邻纹理块的重叠区域进行多带平滑，步骤如下: i)分别对左右两边的纹理块建立拉普拉斯金字塔La、Lb ； ? )建立第三个金字塔LT，Lt各层的右半边等于La各层的右半边粒子，左半边等于Lb的左半边粒子，各层的中间粒子等于La与Lb各层中间粒子的平均值；
4(1,y)x<N + l
LT=\[LA(x,y) + LB(x,y)]/2 x = N + \< 2)
Z^(x,_v)x> N + 1 其中(x，y)代表了某一个特定粒子的坐标，N代表了合成块的宽度是2N+1 ； iii)将Lt各层叠加即得到第一帧合成的精确结果； c)3D流体场景的合成 i)记录合成第一帧时各纹理块在原视频中的坐标；? )加宽各个纹理块的相邻区域，并计算其在原视频中的坐标；iii)利用纹理块的坐标合成后续各帧，即从对应的视频帧中将相应坐标的纹理块贴入合成场景，并对相邻纹理块的重叠区域进行多带平滑，得到3D流体场景。
【文档编号】G06T19/20GK103646428SQ201310629156
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】全红艳, 薛汉昱, 俞铭琪 申请人:华东师范大学