[发明专利]一种基于地形高程值的纹理合成方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形学中纹理合成的领域，涉及一种基于地形高程值的纹理合成方法。

背景技术

纹理合成技术是近十年来计算机图形学领域的热点技术之一，具体可以分为以下两大类：

1、基于像素的纹理合成。基于像素的纹理合成依据马尔科夫随机过程而产生，是纹理合成领域出现较早的一种技术。这种依赖于随机过程纹理合成算法的速度与合成效果一直是其发展的两个瓶颈。

2、基于片(patch)的纹理合成。基于片的纹理合成是纹理合成领域的主流技术，随着纹理合成技术研究的不断深入，又逐步发展形成表面纹理合成、动态纹理合成以及流指导的纹理合成等一系列新的分支。

虽然纹理合成技术多种多样，但目前专门针对地形的纹理合成技术尚不发达；而且由于针对地形的纹理生成操作的复杂性，大多数针对地形的纹理合成算法的效率都较低，这无疑限制了纹理合成技术在对实时性和交互性要求较高的地形可视化系统中的应用。

在动态的地形可视化系统中，由于地形的拓扑结构和相关的属性会在运行时根据实际情况发生变化，在编译时无法确定具体的地形变化方式，因此只有在运行时根据地形发生变化以后的采样点信息动态生成与当前地形模型相匹配的纹理图像，才能满足真实感的纹理映射要求，渲染出逼真的地形场景。

发明内容

本发明提出一种基于地形高程值的纹理合成方法，以地形中采样点的高度值为依据，可以根据地形高度的变化实时生成与地形高度相匹配的纹理信息，在效率与真实感方面都符合动态地形可视化系统的要求。

本发明方法的理论依据为：

在现实中，地表的景观往往根据高度的不同而表现出很大的差异，因此，在地形可视化系统中，基于地形采样点高程值的纹理合成技术可以自然地反映出地表纹理根据高度的不同而发生的改变。

另外，在动态地形可视化场景中，由于场景中的物体与地形表面的接触、挤压以及碰撞等原因所造成的地形表面的形变是动态地形场景相比于普通的地形可视化场景而言需要额外建模的部分，比较常见的地表形变模型主要有弹坑、车辙以及脚印等。本发明基于地形高程值的纹理合成方法可以自然地表现各种地表形变模型的真实视觉效果，主要原因有：

A)在地表形变模型生成的过程中，原始地形的拓扑结构与纹理属性发生变化最大的部分往往是模型中高度最低的部分，因此越是高程值小的地表形变区域纹理信息改变越明显。基于地形高程值的纹理合成算法可以很好地表现地表形变模型的这一特性；

B)由于地表形变模型需要加入到原始的地形模型中才能显示地形表面的具体形变，因此只有地表形变模型的纹理信息与原始地形模型的纹理信息之间达到自然的融合与过渡，才可能使生成的动态地形场景具有真实感。基于地形高程值的纹理合成方法通过加权的方式处理属于不同高度区间的纹理信息的平滑过渡，避免了明显的纹理跳跃现象的产生。

为了叙述方便，将输入的各个原始纹理图像称为侯选纹理图像；将最终合成的纹理图像称为结果纹理图像。所述原始纹理图像是一张张大小相同的图像，图像的大小可以根据地形模型覆盖面积的大小调整，所有原始纹理图像都是事先存储在计算机磁盘上。

为了实现本发明的上述目的，采用的技术方案概述如下：

一种基于地形高程值的纹理合成方法，包括步骤：

1)获取原始纹理图像；

2)将地形模型中的采样点按高度划分为n个子集H_i，1≤i≤n，其中i、n均为整数；

3)建立原始纹理图像与采样点子集边界值之间的映射关系；

4)获取结果纹理图像中像素点的相关原始纹理图像，对相关原始纹理图像取权值；

5)采用加权求和的方法生成结果纹理图像中的各个像素值，完成纹理合成。

所述步骤1)原始纹理图像为事先存储在计算机磁盘上大小相同的图像。

所述步骤2)子集的划分为首先获取地形中所有采样点的高度的最大值h_max和最小值h_min的差值，然后将这个差值平均分成n个区间，每个区间的长度为所有区间中最小的左值为h_min，最大的右值为h_max。

采用如下公式表示每个子集：