Textursynthese

Textur

Menschen erbt den Begriff der intuitiven, eine präzisen und zeitlich maschinellen nachvollziehbaren Ausformulierung, der jeder einzelne der beiden Methoden der Textanalyse unterliegt. ^{[1] Die} definitive Definition von Texture ist: Textur ist die Schwankung von Daten in einer Größenordnung, die kleiner ist als die Größenordnung, die den Beterer ^[2] interessiert . Ob eine Abbildung ist oder nicht, ist eine Frage der Skalierung und der Standpunkte des Betrachters.

In der Textursynthese unterscheidet ein Zwei Texturartenextreme, sterben fließend ineinander übergehen: Regelmässig oder deterministische Text Uren zeigen ausgeprägte Struktur, sterben sich mit geometrischer Regelmäßigkeit wiederholen, stochastische Text Uren zeigen überhaupt keine Struktur, Sondern erinnern an Bild Rauschenberg . Für sterben Anwendungspraxis Sind vor Allem sterben in der Natur Hauf anzutreffenden Fest Regelmässig und festen stochastischen Text Uren von Interesse. Die Texturklassifikation kennt weitere Texturarten und unterteilt beispielsweise sterben Regelmässig Text Uren noch in geometrisch und farblich Regelmässig Text Uren. ^[3]

Prozedurale Verfahren

Textur Texturen Synthese Malerei Texturen Aus dem Nichts. Der Benutzer Wählt Lediglich Eine Reihe von numerischen Parameter – ein spricht DAHER auch von parametrischer Textursynthese -, sterben An eine Mathematisch Funktion oder EINEN algorithm übergeben Werden und sterben Ausgabe des Elle Verfahren beeinflussen.

Der Ursprung der parametrischen Textursynthese ist Perlin-Rauschen , Eine 1982 von Ken Perlin für Film Höhle Tron Entwickelt Mathematisch Funktion, sterben Abwechslungsreich gestaltet Durch Texturbilder Zufällig Verzerrung. Eine systematische Forschung auf diesem Gebiet gründete nicht statt, prozeurale Verfahren waren durch Versuch und Irrtum oder durch Zufall entdeckt.

Die Textursynthese wurde nur das Verfahren entdeckt, mit dem Text wird erzeugt. in der Regel extrem viel speicherplatz und ist DAMIT BESONDERS für Sölch Szenarien von Interesse, in Denen nur wenig Speicher zur verfügung verschont Gesenke STEHT, z. B. in der Demoszene , wo aus nur 64 KB Speichermöglichst vielfarbige Grafiken erzeugt werden sollen. Ein zweiter Pluspunkt ist, that sterben prozedurale Textursynthese mitunter sehr schnell große Text Uren Erzeugt und sich DAMIT zur Texturerzeugung on the fly für 3D-Computerspiele und Anwendungen Ahnliche Eigner, wo schnelle Reaktionszeiten garantiert Werden Müssen.

Stationarität

Für sterben Textursynthese Sind Hauptsächlich stationäre Text Uren von Interesse: Wo immer der Blick gerade in Einem Sölch Bild umherwandert, ein Hut immer das Gefühl, das Gleiche zu Sehen – gerade so als bewegte sich der Blick überhaupt nicht von der Stelle. In der genannten Fachsprache ein, sterben Bild Informationen sei gleichmäßig über das gesamt Bild Verteilt. ^[2]

Markow-Ketten

Eine der WICHTIGSTEN Mathematischen Grundlagen der Textursynthese ist sterben Erkenntnis that Text Uren als Produkt Wacholder Markow-Kette begriffen Werden Können. Die Aussage of this Modell , in die Wahrscheinlichkeitstheorie Lauter im zusammenhang der Textursynthese: Jeder Pixel Eines Texture hangt nur von den Bildpunkte in Wadenfänger Unmittelbarer Umgebung ab, jedoch nicht von den Bildpunkten ausserhalb of this Befestigung eingrenzbaren Bereichs. This sogenannte Markow-Eigenschaft übersetzt angebracht Berechnungsmodell und ist der Mathematisch Unterbau nahezu sehr Textursyntheseverfahren Eigenschaft der Stationärität in einer Hand zu sterben.

Torus Geometrie

In der Anfangszeit setzt Textursynthese auf das folgende geometrische Prinzip sterben: Ein Bild, D flat rechter und Linker Eulen oberer und unterer Rand sauber Zueinander whch, Kann ohne Sichtbare Nahtstellen Beliebers oft aneinander angefügt Werden. Weil sich das besonders gut anfühlt, wenn man das flache Bild zu einem Torus verformt, man hier auch von Torusgeometrie . Der Geometrie der Ebenen kristallographischen Gruppe pm und pmmzufolge Lässt sich Auch ein Bild mit Beliebers Rändern Durch geeignetes Spiegeln nahtlos aneinanderreihen. Heute geistige Geometrien Ideen von untergeordneter Bedeutung.

Algorithmen

Alle Winkelhalbierenden des Algorithmus sind Textuelle Synthese, die den Mosaikansatz des Pixelansatzes mit sich bringt. Beim Mosaikbild wird das Bild aus größeren Stücken der Vorlage zusammengesetzt, während es im Pixelsatz Bildpunkt für Bildpunkt wird.

Ein Text-Synthese-Algorithmus Radiergummi als Eingabe ein digitales Bild , die gewünschte Größe des Ausgabebildes sowie gegebenenfalls eine algorithmische Parameter, mit denen seine Funktion definiert werden kann. Die Ausgabe des Algorithmus verlieh ihnen Bild zusammen.

Stochastische Synthese

Bei stochastischen Synthesen wird das Ausgabebild Bildpunkt für Bildpunkt zusammengesetzt. Der Farbwert des bekanntesten Bildpunkts wird festgelegt, in dem Farbwert eines zufällig ausgewählten Pixels im Vorlagenbild übernommen wird. Diese Methode ist sehr schnell, funktional aber nur bei hochgradig stochastischen Texturen, d.H. Wenn Teile der Textur groß sind, dann ist ein Bildpunkt groß.

Kacheln

Von Kacheln ( englisch Kacheln ) spricht ein Mann, sterben , ideal Vorlage Wiederholt dupliziert und aneinandergefügt Wird. Diese Methode ist schnell, erzeugt aber einen hohen Grad an strukturierter Texturierung. und nicht einmal dort. Außerdem ist die Vorlage nicht für Symmetriedebedingungen verantwortlich, so dass mir endlich bewusst ist, dass die Duplicate Aneinandergrenzen grenzt. Da in der Regel ein Bildinhalt vorhanden ist, befindet sich der Text in seinem ursprünglichen Text. Kacheln ist auch für andere Texturklassen völlig ungeeignet. Spiegelmann, der Duplikate wiederholt, erscheint so, die Grenzen von Kacheln grenzten, der Wiederholungseffekt bleibt aber stehen. Kachel wird zur Darstellung einfacher Hintergründe für Websites und grafische Benutzeroberflächen angewendet.

Synthese nach Efros und Leung

This Technik Wurde 1999 von Alexei A. Efros und Thomas K. Leung Vorgestellt ^[4] und Werden gemeinhin „Synthese nach Efros und Leung“ , gelegentlich aber Auch Bild Wachsende genannt.

Hier finden Sie ein Bild mit den Kriegsschiffen von Maß. In of this Bild Tage zwischen Wird sterben sogenannte Saat kopiert, ein kleines, Ausgewähltes Zufällig Stückchen der Vorlage. Dann wird das Bild, das von der Saat, in mehreren Durchgängen Pixel für Pixel gefüllt. In Jedem Durchgang wurden alle bekannten Pixel erreicht. Dann Wird für jeden Pixel of this Eine Reihe von Bildpunkten in der Vorlage ermittelt, Derens Umgebung der Umgebung des Neuen Pixel Möglichst ähnlich Ist. You’re a what a bottom a following a wording together.

Qualität der Ergebnisse und der Geschwindigkeit des Verfahrens, der Randers , abhängig. Ihre strukturellen Reichtümer sind Textur, weil wir eher beschnitten werden, als auch stochastische Texte Texturen sind nicht sehr klein Umgebungsgröße angezeigt, um keine unerwünschten Strukturen zu erhalten. Je grüner die Umgebung ist, desto länger ist der Algorithmus. Würde die Umgebungsgröße auf Null setzen, so eine Einführung in die Stochastische Synthese (so).

Zahlreiche Nachfolgearbeiten (z. B. ^[5] ) Haben das Elle Verfahren seitdem verfeinert, sterben sie INDEMAR vorhandenen Such- und Vergleichsaktionen algorithmisch optimierten.

Quilten

Beim Quilten wird das Ergebnisbild des Films Flicken aus der Vorlage zusammengesetzt. Für JEDE Flick Position des Ausgabebildes Werden in der Vorlage Bildteile gesucht, Derens Umgebung der Umgebung des Neuen flick Möglichst ähnlich ist. Aus demanderen Teilen wird gebildet zu einem ausgewählen. Um sterben Übergänge Zwischen den Flicken zu Verstecken, Wird der neue Flicken Vor dem EINFÜGEN zurechtgeschnitten, das heißt sein Wird Rand so beschnitten, that sich gut in das Möglichst ist bislang erzeugte Bild einfügt.

Quilten ist sterben Qualitativ hochwertigste aber Auch zeitaufwändigste Mosaiktechnik. Sie sich für Eigner teilstrukturierte und teilstochastische Text Uren Eulen für Teilweise strukturierter und stochastischen Text Uren. Liegt Eine unstrukturierte Mustertextur vor, auch Eine mit nicht rein geometrisch begründeter Struktur, so Wird das Plan Ergebnis nur bedingt zufriedenstellend: Wenn strukturierte Objekte willkürlich zerschnitten und neu zusammengesetzt Werden, can befremdliche Effekte entstehen; so geschlagen, beispielsweise aus Tomaten der Güteklasse ein zerstückelte von erwarteten Tomaten. Hochgradig strukturierte Vorlage liefert nur bei Genügend große Flickengröße befriedigende ergebnisse, während hochgradig stochastische Vorlage nach Einer kleinen Möglichst Flickengröße verlangen. Wird die Flickengröße auf einen Bildpunkt festgelegt,Bild wachsen (su).

Chaosmosaik

Chaosmosaik Wurde 2000 von Ying-Qing Xu, Baining Guo und Harry Shum in Einem technischen Bericht , wo Forschungsabteilung der Firma Microsoft Vorgestellt ^[7] . Die Technik verwöhnte die „chaotische“ Form der Kacheln mit einer frei wählbaren Untereinander Synthetische Technik; Der Originalarbeit verwöhnte die pixelierte Textursynthese nach Efros und Leung.

Da ist der Schritt von Chaosmosaik, der einzige Weg, ein Bild von den Kriegen zu finden. Im zweiten Schritt wurde darauf hingewiesen, dass Kachelbild zutreffend gewählte Blöde zufälliger Größe eine zufällig ausgewähle Position kopiert. Ohne weitere Behandlung enthüllte das Ergebnis Sichtbares Fugen, welches das Bild des Mosaikstücks nicht mit dem Untergrund zusammenpasst. Bei jedem dieser Kopiervorgänge wird das neue Mosaiksteinchen um einen schmaleren Rand ausgeschwärzt. Der abgeschwächte Bereich wird in einem Unterschritt mit dem unterordneten Syntheseverfahren ausgefüllt. Diese Form des Chaosmosaiks bietet gute Ergebnisse und wenig Speicherplatz. Die Geschwindigkeit wird hauptsächlich vom unterteilten Syntheseverfahren bestimmt und ist für Technik nach Efros und Leung langsam.

Xu, Guo und Shum präsentierten DAHER gleichzeitig Eine abgewandelte Formular, um Höhle Forderungen nach Einem Schnellen Syntheseverfahren für 3D Computergrafiken entgegenzukommen. In dieser Variante wird kein Ausschwärzen und nachfolgendes Wiederauffellen verwöhnt. Stattdessen Werden sterben Rand der Mosaikteile mit Einem Glättungsfilter geglättet, Wodurch harte Kanten und scharfe Farbübergänge verschwimmen. Die ergebnisse Sind schlechter als im Ursprüngliche Elle Verfahren, Werden aber mit Einem erheblichen Geschwindigkeitszuwachs belohnt, dann can sehr Effizient Angewandte Werden Filter.

Texturesynthese mit Binärbaum-basierter Vektorquantisierung

Dieser Algorithmus wurde 2000 von Li-Yi Wei und Marc Levoy vorlagen ^[8] . Es heißt Verfahren von Efros und Leung um einen Multiskalenansatz und einen effizienten Suchalgorithmus.

Zunächst Wird ein Bild mit der gewünschten Ausgabemaßen Erzeugt, das MIT Zufällig Farbwerten ( Weisses Rauschen ) aufgefüllt Werden; im following Wird of this Bild so Verändert that es am Ende synthetisierte Textures Enthält sterben. Nun Wird aus dem Vorlagebild und sie Rauschbild Jeweils Eine Multi Shall Pyramide Erstellt: Durch Wiederholt verfeinern Alle Werden aus dem Ursprungsbild nacheinander Fotos Erzeugt, sterben ETWA Jeweils halb so groß wie ihr Sind Vorgängerbild; Es gibt Größe nahe dem abgebildeten Bild Dies ist eine Pyramide, mit dem Ursprungsbild zuunterst. Die Art des Filters hangt vom Anwendungszweck ab, Wei und Levoy verwendet EINEN Gaußschen Filter, DENKBAR Ist aber Auch Laplace- oder Waveletfilter; nur im Falle einer Filterung .

Bei der Synthese Wird von oben nach unten sterben Fotos wo Rauschbildpyramide with the Elle Verfahren nach Efros und Leung gefüllt. Dabei Knochen hinkte Umgebung Eines Pixel nicht nur sterben Pixelumgebung im Selb Bild, Sondern Auch Pixel sehr darüberliegenden Pyramid Fotos, sterben ETWA eine Thunders Elbe Stelle im Bild Liegen sterben. Of this Vergleich auf mehreren Auflösungsstufen zur geglitten ist der chen Zeit inbegriffen , wo Multi Shall Analyse und sorgt Dafür that sich das Syntheseverfahren Selbständig Struktur verschiedener Größe in der Vorlage anpasst.

Of this Multiskalenansatz Wird Durch Die Binärbaum-basierte Vektorquantisierung ( baumstrukturierten Vektorquantisierung , TSVQ) ergänzt. Zentraler Bestandsteil dieses Verfahrens, das eigentlich der Datenkompression unterzogen wird, ist ein Binarbaum , intaktes Knoten Vektoren untergebracht geest. Jeder Vektor ENTHÄLT NEBEN Einem Pixel Bilde Eines wo Vorlagepyramide alle Pixel der Umgebung of this Pixel (einschließlich Denen auf Hoher Pyramidenebenen) Jeder Knoten den Mittleren ENTHÄLT Durchschnittsvektor sehr Wadenfänger Kinder. In dieser Datenstruktur kann man deutlich schneller nach ähnlichen Kandidaten als im Ursprungsbild verklagt werden.

Obwohl bei of this Technik leiht Fotos Einzelner Ganze Fotos Pyramid synthetisiert Werden Müssen und vor der Ersten Synthese zunächst in dem Binärbaum aufgebaut Werden Muss, ist of this Algorithmus erheblich schneller als sein vorgänger. Zusätzlich ist derjenige, der Multiskalenanalyse von einzelnen Texturen besser ab verwendet.

Weblinks

• Textur Synthese durch nicht-parametrische Sampling – Homepage von AA Efros und TK Leung mit Zusatzinformationen und Beispielbildern
• Revolution der virtuellen Welten – Verfahrensstrukturen – Artikel als Progression von Texturen in Anwendungen mit interaktiven Beispielen

Einzelstunden

1. ↑ ^{Hochspringen nach:a b} M. Tuceryan, AK Jain: Texturanalyse . In: CH Chen, LF Pau, PSP Wang (Herausgeber): Das Handbuch der Mustererkennung und Computer Vision (2nd Edition). World Scientific Publishing Co., 1998, Kapitel 2.1, S. 207-248.
2. ↑ ^{Hoch hinaus nach:a b} M. Petrou, PG Sevilla: Bildverarbeitung: Umgang mit Texturen. Wiley, 2006. ISBN 0-470-02628-6
3. Hochspringen↑ Y. Liu, W.-C. Lin, J. Hays: Near-Regular Texture Analyse und Manipulation. 2004
4. Hochspringen↑ AA Efros, TK Leung: Textur Synthese durch nicht-parametrische Sampling. In: Proceedings der IEEE International Conference on Computer Vision, Korfu, Griechenland, September 1999. PDF 1 MB
5. Hochspringen↑ M. Ashikhmin: Synthetisieren natürlicher Texturen. (PDF, 2 MB) In: Der Tagungsband des ACM-Symposiums 2001 über interaktive 3D-Grafiken, Research Triangle Park, North Carolina 19.-21. S. 217-226
6. Hochspringen↑ Bild-Quilten für Textur-Synthese und -Transfer , Alexei A. Efros und Willian T. Freeman (Englisch)
7. Hochspringen↑ B. Guo, H. Shum, Y.-Q. Xu: Chaos Mosaic: Schnelle und speichereffiziente Textur Synthese. Microsoft Research MSR-TR-2000-32, April 2000. PDF 8 MB
8. Hochspringen↑ L.-Y. Wei, M. Levoy: Schnelle Textur Synthese mit baumstrukturierter Vektor Quantisierung. (PDF; 4,7 MB)