基于单幅图像的多样性和真实感三维凹浮雕生成研究

摘要

浮雕是一种结合绘画与雕塑的三维造型艺术，能够以较少的空间展示较多的信息。浮雕分为高浮雕、浅浮雕和凹浮雕三种类型，其中凹浮雕是按照图案在背景平面中将相应的材料刻除而得到的一种浮雕，因而相对于其他两种浮雕，其所占空间最少。镂空浮雕是凹浮雕的一种表现形式，是在凹浮雕基础上将背景平面刻除而得到的。近年来，随着计算机图形图像技术和三维建模的快速发展，三维数字浮雕领域也取得了很大的进展。通过计算机辅助建模生成数字浮雕，克服了传统手工浮雕生产效率低下和难以对产品进行修改的缺点，且易于保存。本文围绕从单幅图像生成多样性和真实感凹浮雕，主要完成了以下工作： （1）基于图像特征增强的凹浮雕生成方法 针对从三维模型中生成凹浮雕时算法复杂、效率较低的问题，本文研究了一种基于图像特征增强的三维数字凹浮雕生成方法。该方法首先通过阈值检测提取图像的特征线条，然后使用非锐化掩模技术（USM）和局部信息增强技术对图像进行增强处理，得到一个光滑而清晰的浮雕效果图像。最后应用网格三角化操作构建三维凹浮雕模型。实验结果表明，本文方法简单有效，能够生成较为自然的三维凹浮雕模型，且用时较少，每千个面片的平均时间为0.253秒。但该方法生成的浮雕模型缺乏多样性和设计感，生成的凹浮雕表面不具备真实凹浮雕表面的高度变化。 （2）基于分形的凹浮雕输入图像生成方法 针对（1）中生成的凹浮雕模型缺乏多样性和设计感的问题，本文研究基于分形的图像生成方法，通过丰富图像的多样性进而丰富凹浮雕模型的多样性。分形图像具有较高的艺术性，且不同的分形规则能够生成不同的分形图像，以分形图作为凹浮雕生成的输入图像，可以丰富凹浮雕的多样性。本文基于分形的迭代规则生成了经典的分形图案，利用Bezier曲线实现了线条光滑的分形图像，然后将现有的艺术图案拼贴组合生成了更加复杂美观的图案，并将这些都作为输入图像来生成凹浮雕模型。 （3）基于距离变换的分形图案凹浮雕生成方法 针对（1）中生成的凹浮雕表面较平、缺少真实凹浮雕中内部区域高度变化的问题，本文研究了一种基于距离变换的凹浮雕生成方法。以（2）中生成的图像作为输入，首先对图像二值化区分前景背景，然后利用距离变换实现浮雕表面的高度变化，再通过灰度映射将高度压缩到一定范围，使其更符合现实凹浮雕的高度特点。实验得到了真实感较好的凹浮雕模型，在此基础上，通过删除背景平面又实现了镂空浮雕的生成。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 基于三维模型的浮雕生成技术研究现状

1.2.2 基于图像的浮雕生成技术研究现状

1.2.3 分形图案研究现状

1.3 亟待解决的问题

1.4 研究内容

1.5.1 研究方法

1.5.2 技术路线

1.6 论文组织结构

第二章 基于图像特征增强的凹浮雕生成方法

2.1 特征线条提取

2.2 特征增强

2.2.1 USM算法

2.2.2 局部信息增强和平滑

2.2.3 差分运算

2.3 三维凹浮雕生成

2.4 凹浮雕生成试验结果及分析

2.5 本章小结

第三章 基于分形的凹浮雕输入图像生成方法

3.1 经典分形算法

3.1.1 复解析动力系统

3.1.2 迭代函数系统（IFS）

3.1.3 L系统

3.2 分形图形的生成算法

3.2.1 基于经典分形算法的分形图生成

3.2.2 基于Bezier曲线的交互分形图生成

3.2.3 基于分形规则重用艺术图案的分形图生成

3.3 分形图生成试验结果及讨论

3.4 本章小结

第四章 基于距离变换的分形图案凹浮雕生成方法

4.1.1 图像预处理

4.1.2 封闭区域标记

4.2.1 距离变换

4.2.2 灰度映射

4.3三维凹浮雕生成与网格光顺

4.4 试验结果及分析

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

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