摘要: 基于样图的纹理合成技术（Texture Synthesis From Sample, TSFS）是近年来发展起来的一种新的纹理生成技术，它的基本思想：基于给定小样图的纹理特征，生成大面积的纹理，并保证纹理结构的连续性和相似性。TSFS既克服了传统纹理映射可能带来的纹理扭曲和纹理接缝的缺点，同时避免了过程纹理合成（Procedural Texture Synthesis, PTS）中的参数选择的繁琐过程，因而成为计算机图形学领域的研究热点之一。基于样图的纹理合成可分为二维平面纹理合成和三维曲面纹理合成，本文研究内容属于实时二维平面纹理合成。目前大多数基于样图的纹理合成算法都是使用马尔可夫随机场（Markov Random Field，MRF）对纹理进行建模，采用相应的方法合成新的纹理。在这些合成方法中又可以分为基于像素点的合成方法和基于纹理块的合成方法。基于像素点的合成方法由于一次只合成一个像素，合成速度较慢。2001年Efros等提出基于纹理块拼接的Image Quilting方法极大地提高了合成速度，但是由于需要动态计算累积误差和最小缝合路径，算法仍然达不到实时应用的要求。2003年Cohen提出一种基于Wang-Tile的实时纹理合成方法，但是由于使用Image Quilting方法来生成Wang-Tile，使得算法在合成某些具有精细纹理特征和鲜明颜色对比的纹理时会产生“菱形纹理接缝”，降低纹理合成质量。随后，Wen等人提出基于ω-Tile的纹理合成方法对Wang-Tile方法进行改进，但是仍然不能完全消除“菱形纹理接缝”。Haindl等人提出一种基于非矩形的纹理拼接块——roller的方法进行纹理合成，虽然能够消除“菱形纹理接缝”，但是由于只使用一个roller，使得合成结果中有大量的纹元重复现象，影响合成质量。本文提出一种新的可拼接纹理块——s-Tile的生成方法，并使用s-Tile实时生成任意尺寸的纹理。首先，使用Wei的随机顺序纹理合成方法制作一个可自拼接的“种子块”，然后用随机噪声分别填充这个“种子块”的相应区域得到两个“约束块”，最后再使用约束纹理合成方法生成若干个可以相互拼接的s-Tiles。由于采用了Wei的随机顺序纹理合成方法来制作s-Tile，与Cohen等人的Wang Tiles、Wen等人的ω-Tile以及Haindl等人的roller方法相比，本文算法具有如下特点：1）对于具有精细纹理特征和鲜明颜色对比的输入纹理，本文算法可以有效消除Wang Tiles和ω-Tile可能会引起的 “菱形纹理接缝”缺陷；2）与roller方法相比，我们使用多个s-Tiles实时合成纹理，避免了输出纹理中的纹理重复现象，提高了合成质量；3）s-Tile可以看作是一个单色的Wang-Tile，使得s-Tiles的拼接约束更少。基于这个特点，论文在第六节给出了一个s-Tiles的应用——Sentence Tiling，实现了任意“纹理句子”的实时生成。论文最后给出了本文算法的合成结果，并和Wang-Tiles、ω-Tile以及roller方法的合成结果作了对比，结果表明本文方法能够实时合成高质量的输出纹理。