CN1828671A - 基于图像的服装虚拟展示系统中的网格纹理映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于基于图像的服装虚拟展示系统的网格纹理映射方法。其步骤为：1)用户给定若干条纹理框架线来定义目标区域内的纹理整体走向，称为水平和垂直纹理框架线；2)构造纹理网格：首先对输入的纹理框架线进行预处理，然后分别构造水平和垂直纹理中间网格，最后合并两个纹理中间网格，生产纹理网格；3)对纹理网格进行交互式调整，以反映服装表面的皱褶，扭曲等现象导致的纹理走向变化；4)使用纹理网格，计算目标区域内每个象素点的纹理坐标，进行纹理映射。本发明是基于图像的纹理映射，不需要服装产品的三维模型，因此避免了困难的建模工作，而且计算量存储量都很小；本发明交互操作简单，纹理贴图效果真实，具有很好的实用价值。

Description

基于图像的服装虚拟展示系统中的网格纹理映射方法

技术领域

本发明涉及一种基于图像的服装虚拟展示系统中的网格纹理映射方法。

背景技术

服装表面存在着丰富的纹理细节，这些细节对虚拟展示的效果有重要影响。在70年代中期，Catmull首次采用纹理映射技术生成景物表面的纹理细节。此后，纹理映射技术得到了广泛的研究和应用。根据纹理定义域的不同，纹理可以分为二维纹理和三维纹理。基于纹理的表现形式，纹理又可分为颜色纹理、几何纹理和过程纹理三大类。颜色纹理是指物体表面上的各种花纹、图案和文字等；几何纹理是指基于景物表面微观几何形状的表面纹理，如植物果实、岩石等表面呈现的凹凸不平的纹理细节；过程纹理则是表现各种规则或不规则的动态变化的自然景象，如水波、云、火和烟雾等。在服装虚拟展示过程中，主要使用的是二维颜色纹理。

传统的二维纹理映射是指从二维纹理平面到三维物体表面的一个映射。二维纹理定义在一个平面上，可以用函数来解析的表达，也可以用图像来离散的定义。平面上的每一点均定义了一个灰度值或者颜色值。这个平面通常被称为纹理平面或纹理空间。在绘制图形的时候，使用纹理映射就可以方便地确定物体表面上一个空间点在纹理空间的坐标，从而找到该点应该赋予的纹理属性。

近年来出现了许多纹理映射算法。有一类方法是通过构造物体表面的参数化表示来创建纹理映射。但是，一般的参数曲面的逆映射很难确定，因此无法直接从参数表达式中抽取纹理映射公式。然而对于现在通用的多边形网络来说，通常不存在这样的参数化表示，因此无法使用这类方法。一个变通的方法是：创建一个形状相当简单的中介曲面。这个中介曲面可以用参数化的方式表达，从而有效地映射到纹理平面上，然后再寻找一个从物体表面到中介曲面的映射。一般来说，采用不同的表面作为中间媒介所生成的纹理映射效果也各不相同。通常可以根据目标物体的形状来选择中介表面。常用的中介表面有：球面、圆柱面、立方体表面等。这种方法的映射过程分为两步，第一步是将纹理空间映射到中介表面上，因为中介表面通常选择简单表面，这一步比较容易做到。第二步是建立目标景物表面到中介表面的映射，这一步相对复杂。Bier提出了四种常用的方式：视线反射求交、物体表面法线求交、物体中心射线求交以及中介表面法线求交。其中第一种方式应用的最为广泛，通常称之为环境映射。

1999年出现了一种新颖的纹理映射方法，投影纹理映射。传统的纹理映射算法都是从几何表面出发，求表面上每一点的纹理坐标。投影映射的方法从纹理出发，直接把一个纹理图(比如全景图)投影到几何表面上。

近些年来研究者在纹理映射方面做了大量的工作，然而几乎所有的方法无法彻底消除纹理扭曲和纹理走样。另外，这些算法都需要知道物体的精确几何信息，投影纹理映射还需要构造全景图。这些映射方法在处理比较复杂的模型的时候，占用存储空间极大而且计算速度很慢，这对于需要在网络上部署的虚拟展示系统来说是致命的缺点。特别地，对于服装这种柔软而具有复杂三维形状的产品，其模型非常复杂，而且建模极为困难。因此，这些算法都很难被用于纺织品的虚拟展示。

在基于图像的虚拟展示系统中，纹理映射算法用于确定图像上属于物体表面上的一个象素点在纹理空间的对应位置。由于它不需要物体的三维模型，因而极大的节省了存储空间和计算量，但是也带来了难以精确地计算出纹理坐标的问题。通常这种从图像直接到纹理空间的纹理映射方法的关键点在于设计一套简单有效的交互方式，让用户输入物体的三维信息，从而达到纹理映射的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于基于图像的服装虚拟展示系统的纹理映射方法。

基于图像的服装虚拟展示系统中的网格纹理映射方法步骤为：

1)用户给定若干条纹理框架线来定义目标区域内的纹理整体走向，纹理框架线分为两种，水平框架线和垂直框架线，每种框架线都需要覆盖整个目标区域；

2)构造纹理网格，其步骤为：(1)对输入的纹理框架线进行预处理，构造两个封闭纹理多边形；(2)分别构造水平和垂直纹理中间网格；(3)合并两个纹理中间网格，生产纹理网格；(4)对纹理网格进行交互式调整，以反映服装表面的皱褶，扭曲等现象导致的纹理走向变化；

3)使用纹理网格，计算目标区域内每个象素点的纹理坐标，进行纹理映射。

所说对输入的进行预处理：首先对纹理框架线排序，对水平框架线按照从上向下的顺序排列，对垂直框架线按照从左到右的顺序排列，其次是将框架线封闭成一个多边形，对排序后的框架线找出位于最上、最下、最左和最右的四个，求出两两之间的交点，若某对框架线不相交，可延长它们对应侧的线段，直到相交为止。各个交点之间的部分构成一个封闭多边形，即为纹理网格区域，最后调整其它纹理框架线的长度，若某框架线超出闭合多边形，则截断超出的部分，若某框架线未达到多边形，则延长其最后一段，至达到多边形边界为止。

分别构造水平和垂直纹理中间网格是：其步骤为：1)参数化水平或垂直纹理框架线，2)生成水平或垂直内部纹理线，3)剖分水平或垂直内部纹理线，连接各剖分点，生成水平或垂直纹理中间网格。

合并两个纹理中间网格：设最终纹理网格上的一个网格点V，其在两个中间网格上的对应点为V_v和V_h。V的计算方式如公式1，

$V=\frac{K_h\×V_h+K_v\×V_v}{K_h+K_v}$ 公式1

其中K_h和K_v是两个权因子，权因子是根据纹理框架线的性质计算得到的，设L_hi为一条水平框架线，取L_hi的包围盒的水平中线作为基线，计算L_hi的所有节点到基线的距离之和C_hi，作为L_hi的描述子，设所有的水平框架线描述子的均值为 C_h，方差为D(C_h)，同理求出垂直框架线的描述子均值 C_v和方差D(C_v)，此时两个中间网格的权因子可计算如式：

$K_h=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\stackrel{\‾}{C}}_h}{{\stackrel{\‾}{C}}_h+{\stackrel{\‾}{C}}_v}& \mathrm{if}|{\stackrel{\‾}{C}}_h-{\stackrel{\‾}{C}}_v|>\min ({\stackrel{\‾}{C}}_h,{\stackrel{\‾}{C}}_v)/2\\ \frac{D\left(C_h\right)}{D\left(C_h\right)+D\left(C_v\right)}& \mathrm{else}\end{array}\right.$

$K_v=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\stackrel{\‾}{C}}_v}{{\stackrel{\‾}{C}}_h+{\stackrel{\‾}{C}}_v}& \mathrm{if}|{\stackrel{\‾}{C}}_h-{\stackrel{\‾}{C}}_v|>\min ({\stackrel{\‾}{C}}_h,{\stackrel{\‾}{C}}_v)/2\\ \frac{D\left(C_h\right)}{D\left(C_h\right)+D\left(C_v\right)}& \mathrm{else}\end{array}\right.$ 公式2

对纹理网格交互式调整是：由用户对生成的纹理网格进行调整，改变其中一部分网格点的位置，使得纹理网格符合由皱褶、扭曲等复杂表面形状引起的纹理方向变化，交互调整的方式有：单独调整某个网格点的位置、调整一条网格线上所有点的位置以及调整一个矩形子网有网格点的位置。

使用纹理网格计算纹理坐标并做纹理映射是：设某个网格点V_ij为网格上第i行和第j列的交点，其中i和j的取值范围为[0，1，…，R-1]和[0，1，…，C-1]，其中R、C分别为网格的行、列数目，V_ij的纹理坐标为：y_t＝i/(R-1)，x_t＝j/(C-1)，设目标区域内一象素点P，落在纹理格子V₁V₂V₃V₄内，设P₁和P₂是过P点的水平线和纹理格子边界的交点，P₁的纹理横坐标和V₁、V₃相同，其纹理纵坐标计算方法如公式3，

$y_{\mathrm{pt}1}=\left\{\begin{array}{cc}{y}_{t1}+\frac{(y_{p1}-y_1)\×(y_{t1}-y_{t2})}{y_1-y_2}& (y_1\≠y_2)\\ \frac{y_{t1}+y_{t2}}{2}& (y_1=y_2)\end{array}\right.$ 公式3

以同样的方式计算P₂的纹理坐标，P的纹理坐标计算方法如公式4，

$x_{\mathrm{pt}}=\left\{\begin{array}{cc}{x}_{\mathrm{pt}1}+\frac{(x_p-x_{p1})\×(x_{\mathrm{pt}2}-x_{\mathrm{pt}1})}{x_{p2}-x_{p1}}& (x_{p2}\≠x_{p1})\\ \frac{x_{\mathrm{pt}1}+x_{\mathrm{pt}2}}{2}& (x_{p2}=x_{p1})\end{array}\right.$

$y_{\mathrm{pt}}=\left\{\begin{array}{cc}{y}_{\mathrm{pt}1}+\frac{(x_p-x_{p1})\×(y_{\mathrm{pt}2}-y_{\mathrm{pt}1})}{x_{p2}-x_{p1}}& (x_{p2}\≠x_{p1})\\ \frac{y_{\mathrm{pt}1}+y_{\mathrm{pt}2}}{2}& (x_{p2}=x_{p1})\end{array}\right.$ 公式4

求得的坐标x_pt和y_pt取值范围是0-1，设纹理图像宽高分别为w_t和h_t，则P点应取的纹理象素点坐标为

参数化水平或垂直纹理框架线是：设L_i为一条水平或垂直纹理框架线，其离散参数表达定义如公式5，

$L_i=\left\{\begin{array}{c}{x}_i\left(t_n\right)\\ y_i\left(t_n\right)\end{array}\right.$ n＝1，2，…，N                          公式5

其中N为L_i上节点的个数，t_n为从第n点到L_i起始点的线上长度和整个折线长度的比值。所有参数构成一个集合S_i＝{t_n|n＝1，2，…，N}，x_i和y_i是定义在S_i上的函数，其函数值是每个节点的图像坐标值，设 $S={\∪}_{i=1}^M{S}_i$ 为统一的参数集合，其中M是垂直或水平纹理框架线的个数，对框架线L_i，定义新的离散参数表达如公式6，

$X\left(t_n\right)=\left\{\begin{array}{cc}x\left(t_n\right)& t_n\∈S_i\\ \frac{(t_n-t_{\mathrm{np}})\×[x\left(t_{\mathrm{nq}}\right)-x\left(t_{\mathrm{np}}\right)]}{t_{\mathrm{nq}}-t_{\mathrm{np}}}+x\left(t_{\mathrm{np}}\right)& t_n\∉S_i\end{array}\right.$

$Y\left(t_n\right)=\left\{\begin{array}{cc}y\left(t_n\right)& t_n\∈S_i\\ \frac{(t_n-t_{\mathrm{np}})\×[y\left(t_{\mathrm{nq}}\right)-y\left(t_{\mathrm{np}}\right)]}{t_{\mathrm{nq}}-t_{\mathrm{np}}}+y\left(t_{\mathrm{np}}\right)& t_n\∉S_i\end{array}\right.$ 公式6

其中t_n∈S，t_np和t_nq分别是S_i中仅小于和仅大于t_n的两个参数值。

生成水平或垂直内部纹理线：给定一条水平或垂直框架线L_i，设其权值w_i为其包围盒中点的纵坐标，设待求的水平或垂直中间网格为R行C列或R列C行，输入的水平或垂直框架线个数为N，其权值为w₁，w₂，…，w_N。将值域[w₁，w_N]均分为C-1份，得到C个内部纹理线的权值w_g1，w_g2，…，w_gC，设某条内部纹理线为L_gj，其参数化表示为一组定义在S上的离散函数，计算方式如公式7，

$X_{\mathrm{gj}}\left(t\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{X_i\left(t\right)}{|w_i-w_{\mathrm{gj}}|}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{|w_i-w_{\mathrm{gj}}|}}$

$Y_{\mathrm{gj}}\left(t\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Y_i\left(t\right)}{|w_i-w_{\mathrm{gj}}|}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{|w_i-w_{\mathrm{gj}}|}}$ j＝1，2，…，C-1；t∈S                       公式7

根据每条内部纹理线的参数化表示，画出这些内部纹理线。

剖分水平或垂直内部纹理线，连接各剖分点，生成水平或垂直纹理中间网格是：构造一个新的参数集S_N＝{0，1/(R-1)，2/(R-1)，…，1}，在每条内部纹理线上，按照公式7计算出对应于S_N的R个中间点，对于两条最外侧的框架线，也分别求出R个中间点，再将所有对应于S_N中同一个参数值的中间点连接起来，就完成剖分操作，构成最终的水平或垂直纹理中间网格。

本发明采用基于图像的处理方式，因而计算简便，占用存储空间小。由于本发明不需要服装产品的三维模型，因而免去了构造服装模型的困难，而且能够非常真实的反映服装表面的细节。传统的三维纹理映射方式需要建立物体的三维模型，若模型比较精细，则需要极大的数据量和计算量；若模型粗糙，则难以达到真实的绘制效果。特别是对于服装产品来说，由于服装属于柔软而无固定形状的物品，因而难以准确的建模。现有的对于服装进行三维模拟的方法所构造的模型都非常庞大，只能用于生产一些视频效果，而无法应用于实时交互性较强的虚拟展示系统。

本发明提出了一种二维空间到二维空间的纹理映射，完全不需要使用产品的三维模型。所有的三维信息都由用户使用本发明提出的方法交互指定，能够真实地表现服装产品的表面细节。本发明的交互方法非常简单，而且符合人的思维习惯，因此很容易学习使用。本发明的交互过程计算速度极快，可以达到“所见即所得”的要求，便于用户逐步调整求精纹理映射的结果。

附图说明

图1是用于基于图像的服装虚拟展示系统的纹理映射方法流程示意图；

图2是本发明的图像目标区域和纹理框架线定义的示意图；

图3(a)(b)(c)是本发明的对纹理框架线预处理的示意图；

图4(a)(b)(c)是本发明的内部纹理线及纹理中间网格生成过程的示意图；

图5(a)(b)(c)(d)是本发明的加权平均式网格；

图6是本发明使用纹理网格计算纹理坐标的示意图；

图7(a)(b)(c)是本发明的网格纹理映射的示例1；

图8(a)(b)(c)是本发明的网格纹理映射的示例2；

图9(a)(b)(c)是本发明的网格纹理映射的示例3。

具体实施方式

用于基于图像的服装虚拟展示系统的网格纹理映射方法的原理是：由用户交互式定义一个纹理网格，该网格反映了服装表面形状信息。纹理贴图时，对于图像上目标区域内的任意象素，利用纹理网格计算其纹理坐标，再根据纹理坐标从纹理图上选取相应的象素进行贴图。本方法无需使用服装产品的三维模型，交互定义纹理网格的操作简单易用，因此，本方法是一种简单快速的纹理映射方法，非常适合虚拟展示系统的要求。

图1给出了本方法的流程图，左侧是纹理映射贴图的流程，右侧是纹理网格定义的流程。定义纹理网格时，首先由用户输入水平纹理框架线和垂直纹理框架线，然后对纹理框架线进行预处理，接下来使用处理后的框架线分别构造水平纹理中间网格和垂直纹理中间网格。然后将两个中间网格合并，生产初步的纹理网格。接下来由用户对纹理网格进行微调，使得纹理网格能够反映服装表面的细节。纹理贴图时，首先取目标区域内的第一个象素，然后找到该象素所在的纹理网格单元，计算其纹理坐标。根据纹理坐标在纹理图上选取相应的纹理象素进行贴图。然后再处理下一个象素，直到处理完所有的象素为止。

本方法中所提及的目标区域是指服装表面可以由同一块面料覆盖的区域，例如如图2中的红色边界所围成的区域。目标区域的提取可以使用纯粹的手工勾画，也可以使用各种图像处理软件提供的工具完成。

图2也给出了纹理纹理框架线的示例。纹理框架线分为两种，水平框架线和垂直框架线。水平框架线定义了纹理水平方向，可以想象为面料上的水平条纹的走向；垂直框架线定义了纹理垂直方向，可以想象为面料上的垂直条纹的走向。在图2中，绿色折线代表水平纹理框架线，蓝色折线代表垂直纹理框架线。

定义好的纹理框架线需要接受预处理。首先对它们排序，对水平框架线按照从上向下的顺序排列；对于垂直框架线按照从左到右的顺序。其次是将框架线封闭成一个多边形：对排序后的框架线找出位于最外沿的四个，求出它们之间的交点，若某对框架线不相交，可延长它们最外侧的线段，直到相交为止。各个交点之间的部分构成一个封闭多边形，即为纹理网格区域，如图3(b)所示。最后的操作是调整其它纹理框架线的长度，截断框架线上超出闭合多边形的部分，对于未达到多边形的框架线，延长其最后一段，直至达到多边形边界为止。调整的结果参见图3(c)。

本发明使用纹理框架线生成纹理内部线，然后将两类纹理内部线剖分为两个纹理中间网格。本发明提出了一种加权插值的方法生产纹理内部线，在插值之前，需要对框架线做参数化处理。在此以水平纹理框架线为例说明。设L_i为一条水平纹理框架线，其离散参数表达定义如下：

$L_i=\left\{\begin{array}{c}{x}_i\left(t_n\right)\\ y_i\left(t_n\right)\end{array}\right.$ n＝1，2，…，N                   式5

其中N为L_i上节点的个数。对于每个节点，都有一个参数t_n与之对应。这个值被定义为从该点到L_i起始点的线上长度和整个折线长度的比值。这些参数构成一个集合S_i＝{t_n|n＝1，2，…，N}。x_i和y_i是定义在S_i上的函数，其函数值就是每个节点的图像坐标值。因为每条水平内部纹理线需要使用所有的水平纹理框架线的信息，我们需要把每条框架线的参数函数统一在一个定义域上。设 $S={\∪}_{i=1}^M{S}_i$ 为统一的参数集合，其中M是水平纹理框架线的个数。对框架线L_i，定义新的离散参数表达如下：

$X\left(t_n\right)=\left\{\begin{array}{cc}x\left(t_n\right)& t_n\∈S_i\\ \frac{(t_n-t_{\mathrm{np}})\×[x\left(t_{\mathrm{nq}}\right)-x\left(t_{\mathrm{np}}\right)]}{t_{\mathrm{nq}}-t_{\mathrm{np}}}+x\left(t_{\mathrm{np}}\right)& t_n\∉S_i\end{array}\right.$

$Y\left(t_n\right)=\left\{\begin{array}{cc}y\left(t_n\right)& t_n\∈S_i\\ \frac{(t_n-t_{\mathrm{np}})\×[y\left(t_{\mathrm{nq}}\right)-y\left(t_{\mathrm{np}}\right)]}{t_{\mathrm{nq}}-t_{\mathrm{np}}}+y\left(t_{\mathrm{np}}\right)& t_n\∉S_i\end{array}\right.$ 式6

其中t_n∈S，t_np和t_nq分别是S_i中仅小于和仅大于t_n的两个参数值。

每条内部纹理线都是由所有的水平框架线线性插值求得，所用的权值根据每条框架线的位置确定。由于框架线是折线，本算法中采用框架线包围盒的中点作为其位置点。给定一条水平框架线L_i来说，设其权值w_i为其位置点的纵坐标。设待求的水平中间网格为R行C列。水平框架线个数为N，其权值为w₁，w₂，…，w_N。将值域[W₁，W_N]均分为C-1份，得到C个内部纹理线的权值w_g1，w_g2，…，w_gC。设一条内部纹理线为L_gj，其参数化表示为一组定义在S上的离散函数，计算方式为：

$X_{\mathrm{gj}}\left(t\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{X_i\left(t\right)}{|w_i-w_{\mathrm{gj}}|}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{|w_i-w_{\mathrm{gj}}|}}$

$Y_{\mathrm{gj}}\left(t\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Y_i\left(t\right)}{|w_i-w_{\mathrm{gj}}|}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{|w_i-w_{\mathrm{gj}}|}}$ j＝1，2，…，C-1；t∈S                   式7

根据每条内部纹理线的参数化表示，可以画出这些折线。求得的内部纹理线参见图4(b)。

下一步是将这些内部纹理线剖分成中间网格。构造一个新的参数集S_N＝{0，1/(R-1)，2/(R-1)，…，1}，在每条内部纹理线上，按照式2计算出对应于S_N的R个中间点。对于两条最外侧的框架线，也分别求出R个中间点。再将所有对应于S_N中同一个值的中间点连接起来，就完成剖分操作。最终的水平中间网格如图4(c)所示。

得到了水平和垂直中间网格后，简单的将它们加权平均即可求出最终的纹理网格。设最终结果网格上的一个网格点V，其在两个中间网格上的对应点为V_v和V_h。V的计算方式如下：

$V=\frac{K_h\×V_h+K_v\×V_v}{K_h+K_v}$ 式1

其中K_h和K_v是两个权因子，在中点合并中，可以认为它们的取值均为0.5。在网格调整过程中，权因子是根据纹理框架线的性质计算得到的。设L_hi为一条水平框架线，取L_hi的包围盒的水平中线作为基线，计算L_hi的所有节点到基线的距离之和C_hi，作为L_hi的描述子。这个描述子可以反映水平纹理框架线的变化程度。设所有的水平框架线描述子的均值为C_h，方差为D(C_h)。同理求出垂直框架线的描述子均值 C_v和方差D(C_v)。此时两个中间网格的权因子可计算如下：

$K_h=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\stackrel{\‾}{C}}_h}{{\stackrel{\‾}{C}}_h+{\stackrel{\‾}{C}}_v}& \mathrm{if}|{\stackrel{\‾}{C}}_h-{\stackrel{\‾}{C}}_v|>\min ({\stackrel{\‾}{C}}_h,{\stackrel{\‾}{C}}_v)/2\\ \frac{D\left(C_h\right)}{D\left(C_h\right)+D\left(C_v\right)}& \mathrm{else}\end{array}\right.$

$K_v=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\stackrel{\‾}{C}}_v}{{\stackrel{\‾}{C}}_h+{\stackrel{\‾}{C}}_v}& \mathrm{if}|{\stackrel{\‾}{C}}_h-{\stackrel{\‾}{C}}_v|>\min ({\stackrel{\‾}{C}}_h,{\stackrel{\‾}{C}}_v)/2\\ \frac{D\left(C_v\right)}{D\left(C_h\right)+D\left(C_v\right)}& \mathrm{else}\end{array}\right.$ 式2

图5给出了两个体现权因子作用的例子。(a)是直接取对应网格点对的中点作为最终纹理网格，(b)是使用权因子进行加权平均的结果。可见，加权平均的结果更加真实。图(c)和(d)是模拟折叠现象的例子。(c)同(a)相同，是直接使用中点，(d)是加权平均的结果。

纹理网格反映了目标区域内纹理的整体走向，然而，它还不足以表现纺织品所有的表面细节，比如，服装上常见的皱褶和一些小的扭曲、折叠部分。由于纺织品的柔软特性，皱褶部位的形状极为复杂，无法通过完全自动的方式进行判断。在本发明中，我们提供了一整套操作来让用户自行调整网格，模拟皱褶的变化。这些方式包括：单独调整某个网格点；同时调整一条网格线上的一串点；调整一个网格矩形区域内所有的点。同时，用户也可以选择水平和垂直网格线的疏密程度。

使用纹理网格，可以计算出目标区域内任一点的纹理坐标。首先计算所有网格点的纹理坐标。设某个网格点V_ij为网格上第i行和第j列的交点。其中i和j的取值范围为[0，1，…，R-1]和[0，1，…，C-1]，其中R，C分别为网格的行、列数目。V_ij的纹理坐标为：y_t＝i/(R-1)，x_t＝j/(C-1)。设目标区域内一点P，落在纹理格子V₁V₂V₃V₄内，通过这四个顶点的纹理坐标可以计算出P点的纹理坐标。图6给出了这些点在图像空间和纹理空间的位置。P₁和P₂是过P点的水平线和纹理格子边界的交点。P₁的纹理横坐标和V₁，V₃相同。其纹理纵坐标计算如下：

$y_{\mathrm{pt}1}=\left\{\begin{array}{cc}{y}_{t1}+\frac{(y_{p1}-y_1)\×(y_{t1}-y_{t2})}{y_1-y_2}& (y_1\≠y_2)\\ \frac{y_{t1}+y_{t2}}{2}& (y_1=y_2)\end{array}\right.$ 式3

以同样的方式可以计算出P₂的纹理坐标。P的纹理坐标计算如下：

$x_{\mathrm{pt}}=\left\{\begin{array}{cc}{x}_{\mathrm{pt}1}+\frac{(x_p-x_{p1})\×(x_{\mathrm{pt}2}-x_{\mathrm{pt}1})}{x_{p2}-x_{p1}}& (x_{p2}\≠x_{p1})\\ \frac{x_{\mathrm{pt}1}+x_{\mathrm{pt}2}}{2}& (x_{p2}=x_{p1})\end{array}\right.$

$y_{\mathrm{pt}}=\left\{\begin{array}{cc}{y}_{\mathrm{pt}1}+\frac{(x_p-x_{p1})\×(y_{\mathrm{pt}2}-y_{\mathrm{pt}1})}{x_{p2}-x_{p1}}& (x_{p2}\≠x_{p1})\\ \frac{y_{\mathrm{pt}1}+y_{\mathrm{pt}2}}{2}& (x_{p2}=x_{p1})\end{array}\right.$ 式4

本说明书共举出3个使用基于网格的纹理映射算法进行纹理贴图的例子。在图7中，复杂的纹理方向变化和纹理扭曲现象得到很好地模拟。图8中领子表面的纹理光滑变化也被很好地反映出来。在图9中给出了一个实际的纹理网格示意图，裙子上的皱褶和布料的变形可以用这个网格逼真地模拟出来。

Claims (9)

1.一种基于图像的服装虚拟展示系统中的网格纹理映射方法，其特征在于：其步骤为：

1)用户给定若干条纹理框架线来定义目标区域内的纹理整体走向，纹理框架线分为两种，水平框架线和垂直框架线，每种框架线都需要覆盖整个目标区域；

2)构造纹理网格，其步骤为：(1)对输入的纹理框架线进行预处理，构造两个封闭纹理多边形；(2)分别构造水平和垂直纹理中间网格；(3)合并两个纹理中间网格，生产纹理网格；(4)对纹理网格进行交互式调整，以反映服装表面的皱褶，扭曲等现象导致的纹理走向变化；

3)使用纹理网格，计算目标区域内每个象素点的纹理坐标，进行纹理映射。

2.根据权利要求1所述的一种用于基于图像的服装虚拟展示系统的网格纹理映射方法，其特征在于所说对输入的进行预处理：首先对纹理框架线排序，对水平框架线按照从上向下的顺序排列，对垂直框架线按照从左到右的顺序排列，其次是将框架线封闭成一个多边形，对排序后的框架线找出位于最上、最下、最左和最右的四个，求出两两之间的交点，若某对框架线不相交，可延长它们对应侧的线段，直到相交为止。各个交点之间的部分构成一个封闭多边形，即为纹理网格区域，最后调整其它纹理框架线的长度，若某框架线超出闭合多边形，则截断超出的部分，若某框架线未达到多边形，则延长其最后一段，至达到多边形边界为止。

3.根据权利要求1所述的一种用于基于图像的服装虚拟展示系统的网格纹理映射方法，其特征在于所说分别构造水平和垂直纹理中间网格是：其步骤为：1)参数化水平或垂直纹理框架线，2)生成水平或垂直内部纹理线，3)剖分水平或垂直内部纹理线，连接各剖分点，生成水平或垂直纹理中间网格。

4.根据权利要求1所述的一种用于基于图像的服装虚拟展示系统的网格纹理映射方法，其特征在于所说的合并两个纹理中间网格：设最终纹理网格上的一个网格点V，其在两个中间网格上的对应点为V_v和V_h。V的计算方式如公式1，

$V=\frac{K_h\×V_h+K_v\×V_v}{K_h+K_v}$ 公式1

其中K_h和K_v是两个权因子，权因子是根据纹理框架线的性质计算得到的，设L_hi为一条水平框架线，取L_hi的包围盒的水平中线作为基线，计算L_hi的所有节点到基线的距离之和C_hi，作为L_hi的描述子，设所有的水平框架线描述子的均值为 C_h，方差为D(C_h)，同理求出垂直框架线的描述子均值 C_v和方差D(C_v)，此时两个中间网格的权因子可计算如式：

$K_h=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\stackrel{\‾}{C}}_h}{{\stackrel{\‾}{C}}_h+{\stackrel{\‾}{C}}_v}& \mathrm{if}|{\stackrel{\‾}{C}}_h-{\stackrel{\‾}{C}}_v|>\min ({\stackrel{\‾}{C}}_h,{\stackrel{\‾}{C}}_v)/2\\ \frac{D\left(C_h\right)}{D\left(C_h\right)+D\left(C_v\right)}& \mathrm{else}\end{array}\right.$

$K_v=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\stackrel{\‾}{C}}_v}{{\stackrel{\‾}{C}}_h+{\stackrel{\‾}{C}}_v}& \mathrm{if}|{\stackrel{\‾}{C}}_h-{\stackrel{\‾}{C}}_v|>\min ({\stackrel{\‾}{C}}_h,{\stackrel{\‾}{C}}_v)/2\\ \frac{D\left(C_v\right)}{D\left(C_h\right)+D\left(C_v\right)}& \mathrm{else}\end{array}\right.$ 公式2

5.根据权利要求1所述的一种用于基于图像的服装虚拟展示系统的网格纹理映射方法，其特征在于所说的对纹理网格交互式调整是：由用户对生成的纹理网格进行调整，改变其中一部分网格点的位置，使得纹理网格符合由皱褶、扭曲等复杂表面形状引起的纹理方向变化，交互调整的方式有：单独调整某个网格点的位置、调整一条网格线上所有点的位置以及调整一个矩形子网有网格点的位置。

6.根据权利要求1所述的一种用于基于图像的服装虚拟展示系统的网格纹理映射方法，其特征在于所说的使用纹理网格计算纹理坐标并做纹理映射是：设某个网格点V_ij为网格上第i行和第j列的交点，其中i和j的取值范围为[0，1，…，R-1]和[0，1，…，C-1]，其中R、C分别为网格的行、列数目，V_ij的纹理坐标为：y_t＝i/(R-1)，x_t＝j/(C-1)，设目标区域内一象素点P，落在纹理格子V₁V₂V₃V₄内，设P₁和P₂是过P点的水平线和纹理格子边界的交点，P₁的纹理横坐标和V₁、V₃相同，其纹理纵坐标计算方法如公式3，

$y_{\mathrm{pt}1}=\left\{\begin{array}{cc}{y}_{t1}+\frac{(y_{p1}-y_1)\×(y_{t1}-y_{t2})}{y_1-y_2}& (y_1\≠y_2)\\ \frac{y_{t1}+y_{t2}}{2}& (y_1=y_2)\end{array}\right.$ 公式3以同样的方式计算P₂的纹理坐标，P的纹理坐标计算方法如公式4，

$x_{\mathrm{pt}}=\left\{\begin{array}{cc}{x}_{\mathrm{pt}1}+\frac{(x_p-x_{p1})\×(x_{\mathrm{pt}2}-x_{\mathrm{pt}1})}{x_{p2}-x_{p1}}& (x_{p2}\≠x_{p1})\\ \frac{x_{\mathrm{pt}1}+x_{\mathrm{pt}2}}{2}& (x_{p2}=x_{p1})\end{array}\right.$

$y_{\mathrm{pt}}=\left\{\begin{array}{cc}{y}_{\mathrm{pt}1}+\frac{(x_p-x_{p1})\×(y_{\mathrm{pt}2}-y_{\mathrm{pt}1})}{x_{p2}-x_{p1}}& (x_{p2}\≠x_{p1})\\ \frac{y_{\mathrm{pt}1}+y_{\mathrm{pt}2}}{2}& (x_{p2}=x_{p1})\end{array}\right.$ 公式4

求得的坐标x_pt和y_pt取值范围是0-1，设纹理图像宽高分别为w_t和h_t，则P点应取的纹理象素点坐标为

7.根据权利要求3所述的一种基于图像的服装虚拟展示系统中的网格纹理映射方法，其特征在于所说的参数化水平或垂直纹理框架线是：设L_i为一条水平或垂直纹理框架线，其离散参数表达定义如公式5，

$L_i=\left\{\begin{array}{c}{x}_i\left(t_n\right)\\ y_i\left(t_n\right)\end{array},\right.n=\mathrm{1,2},\·\·\·,N$ 公式5

其中N为L_i上节点的个数，t_n为从第n点到L_i起始点的线上长度和整个折线长度的比值。所有参数构成一个集合S_i＝{t_n|n＝1，2，…，N}，x_i和y_i是定义在S_i上的函数，其函数值是每个节点的图像坐标值，设 $S={\∪}_{i=1}^M{S}_i$ 为统一的参数集合，其中M是垂直或水平纹理框架线的个数，对框架线L_i，定义新的离散参数表达如公式6，

$X\left(t_n\right)=\left\{\begin{array}{cc}x\left(t_n\right)& t_n\∈S_i\\ \frac{(t_n-t_{\mathrm{np}})\×[x\left(t_{\mathrm{nq}}\right)-x\left(t_{\mathrm{np}}\right)]}{t_{\mathrm{nq}}-t_{\mathrm{np}}}+x\left(t_{\mathrm{np}}\right)& t_n\∉S_i\end{array}\right.$

$Y\left(t_n\right)=\left\{\begin{array}{cc}y\left(t_n\right)& t_n\∈S_i\\ \frac{(t_n-t_{\mathrm{np}})\×[y\left(t_{\mathrm{nq}}\right)-y\left(t_{\mathrm{np}}\right)]}{t_{\mathrm{nq}}-t_{\mathrm{np}}}+y\left(t_{\mathrm{np}}\right)& t_n\∉S_i\end{array}\right.$ 公式6

其中t_n∈S，t_np和t_nq分别是S_i中仅小于和仅大于t_n的两个参数值。

8.根据权利要求3所述的一种基于图像的服装虚拟展示系统中的网格纹理映射方法，其特征在于所说的生成水平或垂直内部纹理线：给定一条水平或垂直框架线L_i，设其权值w_i为其包围盒中点的纵坐标，设待求的水平或垂直中间网格为R行C列或R列C行，输入的水平或垂直框架线个数为N，其权值为w₁，w₂，…，w_N。将值域[w₁，w_N]均分为C-1份，得到C个内部纹理线的权值w_g1，w_g2，…，w_gC，设某条内部纹理线为L_gi，其参数化表示为一组定义在S上的离散函数，计算方式如公式7，

$X_{\mathrm{gj}}\left(t\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{X_i\left(t\right)}{|w_i-w_{\mathrm{gj}}|}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{|w_i-w_{\mathrm{gj}}|}}$

$Y_{\mathrm{gj}}\left(t\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Y_i\left(t\right)}{|w_i-w_{\mathrm{gj}}|}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{|w_i-w_{\mathrm{gj}}|}}$ j＝1，2，…，C-1；t∈S         公式7根据每条内部纹理线的参数化表示，画出这些内部纹理线。

9.根据权利要求3所述的一种基于图像的服装虚拟展示系统中的网格纹理映射方法，其特征在于所说的剖分水平或垂直内部纹理线，连接各剖分点，生成水平或垂直纹理中间网格是：构造一个新的参数集S_N＝{0，1/(R-1)，2/(R-1)，…，1}，在每条内部纹理线上，按照公式7计算出对应于S_N的R个中间点，对于两条最外侧的框架线，也分别求出R个中间点，再将所有对应于S_N中同一个参数值的中间点连接起来，就完成剖分操作，构成最终的水平或垂直纹理中间网格。

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