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基于纹理的分形图形建模、绘制及变形算法

作　者: 庄一新
导　师: 熊岳山
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 纹理迭代函数系统模型 分形建模 分形渲染 局部吸引子近似凸包 旋转匹配 分形变形
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


分形图形学是计算机图形学中重要的研究领域之一,对具有分形特征的场景建立分形模型、利用分形图像绘制方法及分形变形技术生成色彩丰富、形状多变的分形图像等分形图形学关键技术的研究逐渐趋于成熟。分形建模具有简洁的描述,通用的绘制算法,基于分形几何的图形学研究具有极大的吸引力。基于分形模型的研究集中在场景建模和图像压缩等领域。大量的对象难以用已有的分形模型建模,本文提出了新的分形模型,用于解决一类具有局部自相似特点的复杂场景的分形建模问题,同时根据新模型创建了相适应新的分形图像绘制方法,最后对分形变形方法进行改进,使之能不失真、连续地模拟动态场景。本文工作的主要贡献和创新总结如下:1.提出了带纹理的分形模型(Texture based IFS):针对内部颜色和纹理特征大量自相似(可理解为局部自相似性)的场景,从场景内“抠”出所有的纹理,并寻找与此纹理相似的所有子图像,构造去纹理(子图像)后的图形的拼贴子图,以此计算得到一组压缩仿射变换,构成TIFS。2.基于纹理的分形图像绘制算法:利用VVR算法生成一组向量,根据迭代次数选取适当的长和宽,以此确定一组矩形区域,通过将纹理映射到所有区域内,生成具有相似局部的分形图像;对基于真实对象场景的TIFS模型,绘制算法做了进一步改进,针对原对象内纹理的“朝向”特点,启发式的生成有序的方向向量。3.提出IFS局部吸引子的近似凸包构建算法及基于局部吸引子近似凸包和旋转匹配的特征对应方法;分形变形首先需要进行特征对应,本文将IFS间的特征对应从原先确定压缩仿射变换的一一对应转为寻找局部凸包的一组相似匹配,使分形吸引子在相似部分间变形,旋转匹配保证了变形过程不失真。4.提出TIFS模型的分形变形算法:对基于真实与非真实对象的TIFS模型进行变形,首先进行IFS间的特征对应,通过线性插值生成一组中间IFS,并利用基于纹理的分形图像绘制算法绘制中间图像,从而获得动态图像。最后实现模拟了真实烟花的绽放过程,算法实时高效且结果较逼真,同时模拟了碎叶动画,实现形状具有分形特点、内在碎裂的蕨叶TIFS和枫叶TIFS及其变形过程。本文的分形建模方法简单,容易通过交互式方法选取主要纹理,拼贴IFS涉及多边形变换,容易操作。带纹理分形图像为分形特效图像增添了丰富的内容,结合带纹理的迭代函数系统的分形变形方法,即可模拟真实静态及动态场景,促进了分形图形学的应用。

全文目录


摘要  9-11
ABSTRACT  11-13
第一章 绪论  13-24
  1.1 分形图形学的诞生  13-15
  1.2 分形图形绘制算法  15-19
    1.2.1 扩散限制凝聚  15-16
    1.2.2 分形布朗运动  16
    1.2.3 非线性动力系统  16-17
    1.2.4 迭代函数系统  17-18
    1.2.5 林氏系统  18
    1.2.6 彩色分形图形  18-19
  1.3 分形变形  19-22
    1.3.1 图形图像变形概述  19-20
    1.3.2 分形变形发展  20-22
  1.4 本文的研究内容与结构  22-24
第二章 迭代函数系统  24-35
  2.1 迭代函数系统模型  24-31
    2.1.1 迭代函数系统基础  24-27
    2.1.2 IFS吸引子生成算法  27-29
    2.1.3 拼贴理论  29-31
  2.2 基于迭代函数系统的分形变形  31-35
    2.2.1 带参量的迭代函数系统  31-33
    2.2.2 迭代函数系统的特征对应  33-35
第三章 基于纹理的迭代函数系统  35-47
  3.1 带纹理的迭代函数系统模型  35-36
  3.2 基于纹理的分形图像绘制算法  36-39
  3.3 基于纹理的迭代函数系统建模过程  39-43
    3.3.1 建模算法  39-42
    3.3.2 绘制算法的改进  42-43
  3.4 多层次IFS模型  43-47
第四章 二维迭代函数系统的分形变形  47-55
  4.1 局部分形吸引子的近似凸包  47-49
  4.2 IFS的特征对应  49-52
    4.2.1 基于局部吸引子的特征对应  49-51
    4.2.2 旋转匹配  51-52
  4.3 实验结果及总结  52-55
第五章 基于TIFS模型的变形实验  55-59
  5.1 带纹理迭代函数系统的变形算法  55-56
  5.2 变形实验结果与分析  56-59
结束语  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
作者在学期间取得的学术成果  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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