本发明专利技术公开了一种基于多层嵌套笼体的实时交互式图像变形方法。该方法包括如下步骤：A、根据图像生成网格，所述网格由网格顶点和由网格顶点围成的网格面组成；B、对需要变形的图像区域生成多层嵌套笼体，所述多层嵌套笼体由多个多边形构成，且所述多个多边形不交叉；C、计算笼体坐标，所述笼体坐标是指每个网格顶点的位置相对于多层嵌套笼体的系数，所述生成的网格顶点的位置为多层笼体顶点位置的线性组合；D、将所述多层嵌套笼体的顶点作为手柄，通过交互式操作该手柄来实现变形；E、将笼体坐标进行打包，并将打包的笼体坐标作为纹理输入图像处理单元以用于使用线性方程更新网格顶点位置实现实时的图像变形。本发明专利技术实现了使用多层嵌套笼体实时交互式地对图像进行变形，并可通过多次重复以对图像实现各种可能的变形效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算机图形学、图像处理、人机交互
，具体涉及到。
技术介绍
图像变形技术在实践中具有广泛的应用。电影制作、照片特效、模式识别等都需要图像变形技术。图像变形技术有许多方法，其中线性混合方式及其变种由于其较快的变形速度在实践中最为有效。对于典型的线性混合方法来说，在物体上的顶点表示为线性仿射变换。用户只要构建一些手柄(handles)并操纵它们进行变形。自由变形方法是线性混合方法的一种，但是其规则结构的限定使得其对凹形物体的控制非常复杂。而基于骨架的变形对于刚性肢体提供自然的控制，对于灵活的区域不能进行方便的控制。基于笼体的交互式空间变形是目前研究的热点，可对物体的有效部分进行变形， 容易对ROI (Region Of Interest)区域进行膨胀和收缩变化。笼体是由较少的边或面构成的多边形或多面体，其形状近似于所包围的物体。笼体可以交互式或是预先自动生成，物体的顶点表示为笼体顶点的线性组合(也可能包括笼体的边或表面法向等)。其线性组合方程的系数(称做笼体系数或笼体坐标)在变形前进行预计算，并作为物体顶点的变形不变量，这一过程称为“绑定”过程。在变形时期，即用户操纵笼体顶点变形物体的时候，组合系数作为不变量与笼体变化的顶点一起确定变形后物体的位置以得到变形效果。不幸的是，大多数基于笼体的方法不能很好地处理笼体嵌套的情况，即图像中区域被多个嵌套的多边形分割(我们称这些多边形为多层嵌套笼体)，尤其是在交互式变形的情况下。当我们交互移动笼体的顶点时，我们希望图像的所有区域都能平滑变化，只要这种移动是在合理的范围内(即不会过渡的移动以导致图像及笼体边界出现交叠或是自相交现象)。每个被隔离的区域在变化过程中应该基本维持在笼体的变化边界以内，否则笼体无法对变形的区域进行有效地引导。理想状态下，笼体应该交互式生成以满足用户的具体需求。在用来计算高质量保形状的变形方面有很多方法，大都是基于一些选取的手柄。 这些手柄可以是点，线或骨骼，及多边形网格。用户修改手柄的位置和朝向以达到直观的变形。这些手柄可分布于目标的表面，或是扩展到表面的外部。变形主要依赖于变化时间的优化。以上提及的方法都是非线性的，降低了效率，对于变形高分辨率的图像和物体会特别慢。使用加权混合的手柄变换，其变形时间会大大缩短。khaefer等人使用线性组的最小二乘(Moving Least Squares或MLQ来变形图像(参考Scott Schaefer, Travis McPhai1, and Joe Warren. Image deformation using moving least squares. In SIGGRAPH'06 :ACM SIGGRAPH 2006 Papers,pages 533-540，New York,NY,USA,2006. ACM), 其变形时间与采样网格点的数量成线性关系。Weng等人基于骨架对图像在GPU上进行实时变形(参考Yanlin WengiXiaohan ShiiHujun Bao,and Jun Zhang. Sketching MLS imagedeformations on the GPU. Computer Graphics Forum, 27 (7) : 1789-1796，2008)，但是骨架的选取对于用户来说比较烦琐。基于笼体的方法也可以视为一种手柄变形技术，其中的手柄即是笼体的顶点。这种方法本质是一种线性混合表皮变形方法，其中手柄(笼体顶点)的变化只限于平移。基于笼体变形方法的核心是如何选取权重以实现变形的平滑，已经有很多可行方法被提出， 如均值坐标(Mean Value Coordinates 或 MVC)(参考Michael S. Floater. Mean value coordinates. Computer Aided Geometric Design, 20(1) : 19—27，March 2003)，调禾口坐标(Harmonic Coordinates 或 HC)(参考Pushkar Joshi, Mark Meyer, Tony DeRose, Brian Green, and Tom Sanocki. Harmonic coordinates for character articulation. In SIGGRAPH，07 :ACM SIGGRAPH 2007 papers, page 71，New York, NY, USA, 2007. ACM), 格林坐标(Green Coordinates 或 GC)(参考Yaron Lipman, David Levin, and Daniel Cohen-Or. Green coordinates. In SIGGRAPH'08 :ACM SIGGRAPH 2008 papers,pages 1-10, New York, NY, USA, 2008. ACM), IiLRM^U (complex barycentric coordinates CBC) R 其变禾中等(参考0firWeber,Mirela Ben-Chen, and Craig Gotsman. Complex barycentric coordinates with applications to planar shape deformation. Computer Graphics Forum(Proceedings of Eurographics),28 (2),2009.及 Mirela Ben-Chen, Ofir Weber, and Craig Gotsman. Variational harmonic maps for space deformation. ACM Trans. Graph. ,28(3) :1-11,2009). Jacobson等人设计了线性混合权值可以产生平滑直观的变形，使用了多种手柄如点、骨骼和笼体(参考A. Jacobson，I. Baran, J. Popovic, and 0. Sorkine. Bounded biharmonic weights for real-time deformation. In SIGGRAPH'11 ACM SIGGRAPH 2011 Papers 2011)。但是，以上这些方法都没有展示嵌套笼体交互式变形， 因为其处理比较困难。一旦得到了笼体系数，在变形过程中其值将保持不变。可以利用GPU的通用计算来实现实时的图像变形。Meng等人设计了一个在GPU上基于笼体的图像变形框架(参考:ffeiliang Meng, Bin Sheng, Shandong Wang, Hanqiu Sun, and Enhua ffu. Interactive image deformation using cage coordinates on gpu. In Virtual Reality Continuum and its Applications in Industry, pages 119-1 ，2009)，但是其方法受限于笼体的顶点个数，因为需要本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于多层嵌套笼体的实时交互式图像变形方法，其特征在于包括以下步骤A、根据图像生成网格，所述网格由网格顶点和由网格顶点围成的网格面组成；B、对需要变形的图像区域生成多层嵌套笼体，所述多层嵌套笼体由多个多边形构成， 且所述多个多边形不交叉；C、计算笼体坐标，所述笼体坐标是指每个网格顶点的位置相对于多层嵌套笼体的系数，所述生成的网格顶点的位置为多层笼体顶点位置的线性组合；D、将所述多层嵌套笼体的顶点作为手柄，通过交互式操作该手柄来实现变形；E、将笼体坐标进行打包，并将打包后的笼体坐标作为纹理输入图像处理单元，以用于使用线性方程更新网格顶点位置实现实时的图像变形。2.根据权利要求1所述的图像变形方法，其中在步骤A中，图像的每个像素用一个网格顶点来表示，四个“田”字型相邻的像素方块使用两个网格面来表示，其中每个网格面均为一个三角形。3.根据权利要求2所述的图像变形方法，其中所述三角形的长边为“田”字型相邻的四个网格顶点组成的矩形的主对角线。4.根据权利要求2所述的图像变形方法，其中所述三角形的长边为“田”字型相邻的四个网格顶点组成的矩形的副对角线。5.根据权利要求1所述的图像变形方法，其中在步骤B中使相邻层次的笼体的方向相反；6.根据权利要求1所述的图像变形方法，其中在步骤B中，实时交互式地生成多层嵌套笼体。7.根据权利要求6所述的图像变形方法，其中实时交互式地生成多层嵌套笼体的步骤为使用鼠标在图像上以点击方式生成。8.根据权利要求6所述的图像变形方法，其中实时交互式地生成多层嵌套笼体的步骤为图像分割法，其具体包括如下步骤首先根据目标区...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟维亮，张晓鹏，董未名，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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