三维空间中真实感流体场景合成方法
【专利摘要】本发明公开了一种三维空间中真实感流体场景合成方法，该方法包括基于MRF的随机块采样、三维空间中对重叠区域的缝合以及缝合区域粒子的颜色重映射步骤。首先采用MRF对原流体场景进行随机的块采样；然后用高度信息在块间进行相似性度量并选取匹配的块，再利用B样条曲线拟合缝合重叠区域中粒子的高度；最后，建立该帧视频的高度与灰度、灰度与颜色之间的哈希映射，根据缝合区域粒子的高度结果，对其颜色进行重新映射。本发明能够有效的合成流体场景，且合成的流体不仅满足了流体仿真的真实感和实时性的要求，并保证了合成的流体场景能够保持运动的随机性。
【专利说明】三维空间中真实感流体场景合成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及流体场景的合成，尤其是一种三维空间中真实感流体场景合成方法。【背景技术】
[0002]流体自然景观在客观世界中随处可见，流体场景合成的研究是增强现实技术研究与发展的需要。流体的仿真技术在计算机动画、电脑游戏、影视特技、军事管理等领域都有非常广泛的应用。目前流体自然景观的生成方法主要有两类:图形学中基于流体物理运动规律的仿真绘制方法和基于视频的流体场景的构建。最初，对于流体场景主要采用参数建模的方法，其无法表现真正的流动效果；随着仿真技术的发展，出现了基于物理的建模方法，常见的两种包括:欧拉法和拉格朗日法。利用这些方法进行水面场景仿真时，主要的问题就是:对流体绘制中涉及的几何、力学、光照等复杂物理属性的计算，难以满足流体场景绘制的真实感和实时性要求。随着仿真技术的进一步发展，出现了一些海浪场景的建模方法:基于FFT (Fast Fourier Transform)的方法、基于Perlin噪声的方法、基于Gerstner模型的方法和基于分形的仿真方法。利用这些方法构建场景时，虽然可以准确得到某一时刻流体的运动状态，由于巨大的运算量和较高的算法复杂度，难以在普通微型计算机上实现大规模流体场景的实时仿真。
[0003]目前，在基于视频的流体自然景观绘制的研究中，缺乏与视频媒体真实感一致的流体建模和仿真。另外，随着仿真技术的发展，流体仿真需要大规模场景，视频能够提供流体场景的规模是有限的，因此，在实际仿真的应用中，如何充分利用流体视频的真实感外观及流体运动信息合成所需规模的流体场景，其研究具有一定的现实意义和实用价值。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术中存在的真实感差、实时性不强等问题而提供的一种三维空间中真实感流体场景合成方法，利用该方法能在三维空间中实时合成具有真实感的流体场景。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
[0006]一种三维空间中真实感流体场景合成方法，特点是该方法包括以下具体步骤:
[0007]a)基于MRF (马尔科夫随机场，Markov Random Field)的随机块米样
[0008]采用MRF模型对流体视频的一帧进行块的随机采样，将该帧分成若干纹理块；
[0009]b)三维空间中对重叠区域的缝合
[0010]根据待合成的目标场景边缘与选取块的边缘的相似性，选取最优的匹配块；利用B样条曲线对缝合区域高度场进行拟合；
[0011]I )选取最优的匹配块，具体步骤:
[0012]i)使用基于SFS (Shape From Shading)的三维重建方法获取流体该帧的高度信息；
[0013]ii )利用式(I)计算目标场景边缘与选取块的边缘的相似性，然后，选取具有最小D的纹理块；
[0014]
【权利要求】
1.一种三维空间中真实感流体场景合成方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤: a)基于MRF的随机块米样 采用MRF模型对流体视频的一帧进行块的随机采样，将该帧分成若干纹理块； b)三维空间中对重叠区域的缝合 根据待合成的目标场景边缘与选取块的边缘的相似性，选取最优的匹配块；利用B样条曲线对缝合区域高度场进行拟合； I )选取最优的匹配块，具体步骤: i )使用基于SFS的三维重建方法获取流体该帧的高度信息； ii)利用式(I)计算目标场景边缘与选取块的边缘的相似性，然后，选取具有最小D的纹理块；
【文档编号】G06T15/00GK103871096SQ201410033195
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】全红艳, 薛汉昱, 俞铭琪 申请人:华东师范大学