Основы современных компьютерных технологий
Текстура изображения
Под текстурой понимают специфический характер тона (цвета) в изображении объекта или на его фрагменте. К текстуре также относят наличие на изображении характерных линий.
376
Текстура может представлять упорядоченный характер тона в виде геометрически правильных или почти правильных рисунков. Подобную текстуру имеют, например, кирпичная кладка, кафельная облицовка, шахматная доска и так далее. Другой тип - стохастическая структура. Она присуща естественным объектам и, как правило, является следствием шероховатости наблюдаемых объектов.
Одним из принципов формирования текстуры изображения является перенос регулярного или стохастического рисунка на поверхность объекта. Для нанесения рисунка необходимо решить задачу преобразования систем координат. Если рисунок задан в пространстве текстуры в системе координат (u,w), а поверхность - в системе координат (?, ?), то для переноса рисунка нужно найти или задать функцию отображения одного пространства на другое, т.е. определить соотношения ?=f(u, w), ?=g(u, w)
Во многих практических случаях функции отображения линейны: ?=Au+Bw+C, ?=Du+Ew+F Коэффициенты A, В, С, D, Е, F вычисляются из соотношений между известными точками в системе координат.
Характерные точки узора из пространства текстуры переносятся в объектное пространство, затем в пространство изображений и определенным образом соединяются отрезками прямых. В процедурах нанесения узоров часто используется разбиение поверхностей и узоров на фрагменты.
При переносе на поверхность предмета текстуры, представляющей непрерывное регулярное и случайное поле яркости, наиболее подходящим является метод обратного трассирования лучей. Центр каждого пиксела изображения проецируется на поверхность предмета и по координатам точки на поверхности определяется соответствующая ей точка в пространстве текстуры. Чтобы устранить эффекты, связанные с пространственной дискретизацией, используют процедуры сглаживания. Достаточно простой процедурой сглаживания является трассирование четырех точек, соответствующих углам пиксела, и использование среднего значения яркости текстуры для этих четырех точек.
Использование четырех точек пиксела позволяет оценивать достаточность процедуры сглаживания. Если разность яркостей для указанных четырех точек больше некоторой пороговой величины, можно произвести разбиение пиксела на четыре части и более точно вычислить яркость для пиксела.
Формирование стохастических текстурных полей, близких к естественным, представляет сложную в вычислительном отношении процедуру. Для синтеза текстур предпочтительным считаются авторегрессионная модель и модели с использованием методов линейного программирования. Синтез осуществляется с использованием статистических характеристик текстур-прототипов: плотности вероятности и автокорреляционной функции. Для определения плотности вероятности в пределах некоторого окна измеряют гистограмму и для ее отображения используют первые четыре момента - среднее значение, стандартное отклонение, ассиметрию и эксцесс. Форму автокорреляционной функцию выражают через ее четыре центральных пространственных момента. В результате формируется восьмимерный вектор признаков текстуры. Наряду с описанным основным вариантом определения параметров, характеризующих стохастическую текстуру, используют ряд упрощенных процедур, обеспечивающих снижение вычислительных затрат. Синтезированные на основе прототипов стохастические текстуры хорошо
377
моделируют естественные шероховатые поверхности, если они обладают сравнительно небольшой кривизной.
Для поверхностей со значительной кривизной (шар, эллипсоид и близкие к ним) перенос на них даже стохастической текстуры не обеспечивает их реалистичного вида. Возникает ощущение, что текстура нарисована на гладкой поверхности. Причина этого заключается в том, что текстура, сформированная без учета формы объекта, не передает изменений освещенности, обусловленных рельефом поверхности. Для реальных шероховатых поверхностей вектор нормали содержит небольшую случайную составляющую, которая определяет характер изменения освещенности в изображении. Чтобы получить изображение, близкое к реалистичному, необходимо смоделировать именно этот фактор.В методе моделирования рельефа поверхности Q(u,w) с помощью вспомогательной функции F(u,w) в направлении нормали к поверхности вносится возмущение, что приводит к изменению отражения от элементов вновь образованной поверхности.
378
376 :: 377 :: 378 :: Содержание
