保持时空连续变化的三维纹理变形方法研究

To further improve the vividness of 3D morphing animation, expand its scope of application, this proposal initiatively put forward a new question in 3D Morphing animation- - 3D Texture Morphing. We integrate 3D Morphing technique and texture synthesis technique, to seek the goal that keep the continuity of texture on the mesh surface during the mesh morphing phase. To this end, we extend idea of "continuity between frames" in video texture synthesis to 3D space, proposing a new concept- - 4D(x,y,z,t) textures synthesis. Firstly, we will study and analyse the deformation trend of neighbor frame of 3D meshes, finding the corresponding vertices of two adjacent mesh frames. Secondly, we will explore the quantification method of the similarity between two surface textures, use this similarity as the 4th constraint which will be integrated into the target function of global optimation, then EM algorithm is employed to synthesis texture of each mesh frame. Finally, based on "Guidance Graph", we propose a texture repairing method to further improve the quality of synthesis result.

为进一步提高三维变形动画的生动性，扩大其应用范围，本课题结合三维变形技术和纹理合成技术（Texture Synthesis），提出并研究三维变形动画中一个新问题- - 三维纹理变形，即在三维几何变形的同时保持模型表面纹理的连续变化。为此，我们将三维时序纹理合成中二维纹理图像的"帧间连续"思想扩展到三维空间中，提出并研究保持纹理随时空连续变化的四维（x,y,z,t）纹理合成方法。首先，研究相邻三维模型帧之间的几何变形趋势，寻找其关键顶点的对应关系，实现约束初始化。然后，探索相邻曲面纹理之间的相似性原理及其定量描述方法，并创造性地将相邻帧纹理相似性作为第四维约束整合到全局优化的目标函数中，采用最大期望值方法来合成每一帧的曲面纹理。最后，我们提出一种基于"引导图"的纹元修复方法进一步提高四维纹理合成的质量。

课题的总体目标：将纹理合成技术引入到三维几何变形中，研究和实现三维变形动画中纹理的时空连续变化，提高三维动画的真实感、拓展三维动画的技术实现手段。为此，首先综合三维时序纹理合成和三维曲面纹理合成方法的特点，研究相邻帧之间的纹理相似性、一致性原理，设计一种可以定量描述这种相似性的能量函数，然后将其作为优化目标进行迭代，最终合成每一曲面帧的纹理，实现任意三维曲面纹理随着曲面形状的变化而连续变化。.本课题的研究工作主要包括如下部分：网格预处理及顶点约束初始化、保持时空连续变化的四维纹理合成模块、纹理修复后处理模块。.其中，网格预处理模块为帧间顶点约束初始化模块提供必需的多分辨率网格模型，同时为四维纹理合成模块提供指定密度的网格顶点和网格的二维地图集（UVAtlas）。顶点纹理约束初始化模块则可根据前一帧M(t-1)的纹理信息为当前帧M(t)的顶点提供初始值，以“引导”四维纹理合成模块输出与前一帧连续的曲面纹理。反过来，四维纹理合成模块输出的曲面纹理又成为下一帧M(t+1)的约束初始化的依据。如此，循环合成所有模型帧的纹理，实现三维纹理变形。纹理修复后处理模块主要职责是对四维纹理合成模块的输出进行检查、修复，进一步保证算法合成结果的质量。..在国家自然科学基金青年项目（保持时空连续变化的三维纹理变形方法研究）的支持下：..课题组围绕纹理合成，纹理分析和纹理质量评价方向，课题组累计发表、录用学术论文6篇，其中SCI期刊论文4篇（JCR一区论文Information Sciences学术论文1篇），EI收录论文2篇。..申请基金项目相关的发明专利3项，进入实质审查的3项。其中“基于斑点模板自动组合的数码迷彩设计方法”专利申请获国家知识产权局授权。..在基金的资助下，已培养硕士研究生3名。