基于不同維度間特征轉(zhuǎn)移的建模方法.pdf

1、于不同維度間進(jìn)行特征轉(zhuǎn)移的思想能引導(dǎo)出包括圖像編輯和幾何重建在內(nèi)的許多計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的建模問(wèn)題的解決方法．通過(guò)將原始數(shù)據(jù)的特征轉(zhuǎn)移到另一個(gè)維度，我們常常能發(fā)現(xiàn)某些隱藏的信息，而這些信息對(duì)我們解決問(wèn)題往往能發(fā)揮關(guān)鍵的作用．本文的各項(xiàng)工作都受到該思想的啟發(fā)．我們將特征轉(zhuǎn)移的方法論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，對(duì)基于圖像語(yǔ)義內(nèi)容的參數(shù)式建模，基于紋理合成的三維形狀外觀建模，以及實(shí)時(shí)的數(shù)字淺浮雕建模這三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了研究．
　　 我們首先利用二維到三維

2、的特征轉(zhuǎn)移方法解決了一個(gè)針對(duì)圖像內(nèi)容建模的新問(wèn)題：保持真實(shí)感的重塑單張圖像中的人物體型．用戶(hù)使用目前的專(zhuān)業(yè)圖像編輯軟件來(lái)進(jìn)行體型重塑往往需要執(zhí)行上百次的局部編輯操作才能獲得一個(gè)可接受的重塑效果；由于希望達(dá)成的重塑效果很難事先進(jìn)行視覺(jué)想象與估計(jì)，因此一旦得到的效果不能滿(mǎn)足要求，當(dāng)前的重塑效果是無(wú)法重用的．我們使用一種基于模型的方法將這個(gè)二維的圖像操控問(wèn)題轉(zhuǎn)移到三維來(lái)解決．我們將一套三維人體全身可形變模型和一種新的圖形變形方法進(jìn)行結(jié)合并開(kāi)發(fā)

3、了一套直觀易用的人體重塑系統(tǒng)．三維人體全身可形變模型在我們的系統(tǒng)中發(fā)揮了兩方面的作用：第一是從圖像中重建出一個(gè)三維人體，第二是利用三維人體的重塑效果來(lái)驅(qū)動(dòng)圖像發(fā)生相同的體型變化．由于這個(gè)可形變模型將人體體型的幾何變化模式參數(shù)化到了一組直觀的語(yǔ)義屬性上，因此我們的系統(tǒng)允許用戶(hù)以參數(shù)可控的直觀方式對(duì)圖像中的人體進(jìn)行重塑．我們算法的核心是一種新型的身體感知的圖像變形技術(shù)，它即使在模型上存在一定擬合誤差時(shí)也能魯棒的將重塑效果從三維模型忠實(shí)的轉(zhuǎn)移

4、到二維圖像．該變形技術(shù)的要點(diǎn)在于我們觀察到大部分的重塑現(xiàn)象直接表現(xiàn)為人體在平行或垂直于骨架方向上的長(zhǎng)度變化，因此我們將圖像的重塑化歸為一個(gè)保持二維和三維間長(zhǎng)度比率的平面三角網(wǎng)格形變問(wèn)題．通過(guò)在一系列例如穿有寬松衣物以及帶有復(fù)雜遮擋的人物圖片上進(jìn)行試驗(yàn)以及普通用戶(hù)實(shí)際使用的測(cè)試結(jié)果都表明，我們的參數(shù)式體型重塑系統(tǒng)能夠產(chǎn)生各向異性但是全局協(xié)調(diào)的體型重塑效果，使用戶(hù)輕松達(dá)成圖像重塑要求．
　　 我們的第二方面的貢獻(xiàn)是提出了一種特征對(duì)齊

5、的曲面紋理合成新方法．我們觀察到二維紋理樣本和三維模型上存在許多特征線，而傳統(tǒng)的紋理合成方法忽略了這些紋理特征線在曲面上擺放的位置，這導(dǎo)致曲面的三維形狀常常被紋理特征混淆和遮蓋了起來(lái)．此外，曲面特征線的定向?qū)ψ罱K的合成質(zhì)量也有較大的影響．使用不相容的特征線定向?qū)⒉逯党霾还饣南蛄繄?chǎng)，而由這樣的向量場(chǎng)引導(dǎo)合成的紋理會(huì)包含許多奇異點(diǎn)和扭曲．為了解決以上問(wèn)題我們做出了兩個(gè)主要的貢獻(xiàn)．首先我們提出了一個(gè)自動(dòng)的特征線定向算法，該算法通過(guò)快速的極小

6、化一個(gè)向量場(chǎng)的相容性度量得到優(yōu)化的特征線定向與對(duì)應(yīng)的光滑向量場(chǎng)．然后，我們引入了一種新的紋理優(yōu)化方法，該方法在最大化樣本和結(jié)果間的全局相似度的同時(shí)使得紋理樣本的特征線和曲面特征線精確的對(duì)齊．試驗(yàn)結(jié)果證明我們的方法能利用紋理加強(qiáng)對(duì)形狀外觀特點(diǎn)的裝飾與表達(dá)．
　　 最后，我們用特征轉(zhuǎn)移的思想用來(lái)解決到數(shù)字淺浮雕模型的建模問(wèn)題．從三維場(chǎng)景生成淺浮雕模型實(shí)際上就是一個(gè)將幾何特征從流形曲面轉(zhuǎn)移到高度場(chǎng)的過(guò)程．我們首先引入了一類(lèi)新的動(dòng)態(tài)范圍