[发明专利]一种基于GPU加速的几何纹理合成方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于GPU加速的几何纹理合成方法，该方法包括：对样本几何纹理M_in和输出几何纹理M_out进行网格化处理；确定几何纹理的待合成区域；采用GPU并行处理方法在所述样本几何纹理M_in中查找最佳匹配几何子块m_out；采用GPU并行处理方法对所述匹配区域P_out与重叠区域P_in(t)∈m_out进行几何对齐；采用GPU并行处理方法对所述匹配区域P_out与重叠区域P_in∈m_out进行几何变形；对经过所述几何变形后的所述匹配区域P_out与重叠区域P_in(t)∈m_out进行几何合并。本发明通过对样本几何纹理进行几何子块细分，以几何子块作为合成的基本单元，使合成结果质量更高，通过采用GPU并行处理方法降低最佳匹配几何子块查找和几何子块拼接的计算复杂度，提升了几何纹理合成速度。

技术领域

本发明涉及纹理合成领域，尤其涉及一种基于GPU加速的几何纹理合成方法及系统。

背景技术

纹理合成和纹理映射是计算机虚拟现实的主要技术，它能够在不增加场景绘制复杂度、不显著增加计算量的前提下模拟物体表面的颜色细节或几何细节，从而大幅度提高场景的真实感。二维纹理合成是采用图像纹理来表示物体的表面细节，这类方法能够取得较快的合成速度，并且内存占用较小。但是，二维纹理合成不支持遮挡、阴影、轮廓等重要的效果。因此，近几年研究者们提出了采用几何纹理代替图像纹理来表示物体的表面细节，从而进一步提高绘制的精度。

几何纹理相较于二维纹理，具有更丰富、细致的表现能力，随着显卡硬件的提升，几何纹理在虚拟现实技术中得到了大量应用。然而，几何纹理比图像纹理具有复杂的几何结构信息，其是由不规则拓扑连接的网格构成的。因此，几何纹理合成过程是高计算量、高存储占用和高耗时的，这使得需要考虑如何突破几何纹理合成过程中的计算瓶颈，减小内存占用等的问题。

现有的几何纹理合成方法中首先在用户指定大小的合成输出空间中找到种子区域(待合成区域)；然后，通过元素匹配在种子区域中确定样本几何纹理的最佳放置位置；其次，通过元素对应使得放置在种子区域的样本几何纹理能够和该区域周围已合成区域建立对应关系；再次，通过元素变形将建立对应关系的区域在保持局部几何细节的同时进行几何对齐；最后，通过元素合并将元素对齐区域进行无缝拼接，从而使得几何纹理合成结果是平滑自然的。该方法在进行几何纹理合成时，该算法以输入的整个样本几何纹理作为每次拼接基本单位。因此，对于元素匹配及对应，块与块之间则需要在较大区域范围内进行几何结构对齐。而当几何结构无法对齐时，这些区域都将被删除，这将造成大量原始几何数据的丢失，使得样本几何纹理无法在合成过程中得到充分的利用。此外，由于样本几何纹理具有复杂的三维网格结构，因而在进展样本块最佳位置放置，以及样本块之间的对应、变形和拼接处理的计算量大，这使得几何纹理合成过程是非常耗时的。

现有的另外一种几何纹理合成方法包括两个主要过程：并行纹理块匹配过程和多通道优化过程。该方法使用方便，仅需要提供一幅小尺寸的皮肤纹理作为输入，即可在人体模型表面上快速地生成足任意够大尺寸的新的皮肤纹理，且能够获得高质量的纹理合成结果。该方法适用于合成人体模型表面的皮肤纹理，因而该方法的局限性较大；另一方面，由于映射到三维模型表面上的样本仍是二维纹理图像，因此，合成的三维表面纹理结果不支持遮挡、阴影、轮廓等重要的效果，因而无法真实地模拟物体表面的几何细节。

近年来，随着计算机硬件技术的飞速发展，图形处理单元(Graphics ProcessingUnit，GPU)的计算能力呈几何级数增长，这促使通用工程计算软件由CPU中央处理向CPU/GPU协同处理的方向发展。GPU具有出色图元运算能力、浮点计算能力、低能耗高带宽、可靠的并行架构以及灵活的可编程性，这为解决几何纹理合成中的计算瓶颈提供了可靠的现实基础。

发明内容