一種基於視頻的海浪場景生成方法

2023-10-24 17:56:27 3

一種基於視頻的海浪場景生成方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於視頻的海浪場景生成方法，該方法首先根據視頻流體紋理特徵，計算流體表面的高度場；其次，根據流體表面高度場的結果，利用高度分層的方法定位得到海浪的位置；為了進一步分析海浪的每一個浪峰，使用二維正態分布函數對海浪高度進行擬合；然後，對擬合出的浪峰使用kmeans方法進行聚類，接著，利用聚類的結果將視頻流體區域最後利用聚類結果，使用圖論方法選取類區域生成海浪場景。本發明具有簡單、快速、方便的特點，並且能夠根據需求改變生成場景的大小，所生成的場景符合真實感和實時性的需求。
【專利說明】一種基於視頻的海浪場景生成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及海浪場景生成方法，尤其是一種基於視頻的海浪場景生成方法。
【背景技術】
[0002]目前，在虛擬實境研究中，對於基於視頻的流體三維重建已經取得了初步的結果，然而對於上述重建結果的場景規模，現今的技術仍然受限於輸入場景的大小。由於流體場景存在遮擋和重現的特點，並且由於流體屬於強紋理，這導致對於任意規模的流體場景輸入來說，創建出一個具有真實感，同時兼顧時間性能的方法仍舊存在著一定的挑戰性，在這一方面研究中取得的成果還不夠顯著。任意規模海浪場景研究中的關鍵問題，是如何快速、高效的生成具有真實感的流體場景，建立根據用戶意願和具有交互性的流體海浪場景的技術，仍舊是該領域中極具挑戰性的課題，其研究具有重要的現實意義和應用價值。
[0003]隨著圖像處理技術及計算機視覺技術的發展，對於基於海浪場景的任意規模場景生成的研究出現了一些技術和方法。人們利用圖像中的顏色、紋理、形狀等特徵進行研究，取得了一些成果、現有方法從圖像紋理的特徵入手，通過將輸入圖像分成小部分，再根據小區域的邊緣匹配性，將各個小區域重組，最終生成大的場景。
[0004]由於海浪流體屬於強紋理，在運動過程中不能保持紋理不變的屬性，並且其沒有特定的紋理規律性，通過對比局部區域的強度相關性無法準確生成具有較強真實感的大場景；現有的研究中一些研究致力於尋找合適的區域大小以得到最佳的生成效果，另一些研究通過使用流體圖像紋理中的連續性特徵，利用馬爾科夫鏈的方法，再結合局部拼接區域顏色優化計算出較大規模的流體場景。基於馬爾科夫鏈方法生成大規模流體場景方法中存在的主要問題是:生成的大規模場景具有紋理重疊性；生成的場景不具有物理真實性，既流體部分不符合流體動力學；在區域拼接位置存在明顯的拼接線，即不連續區域。不僅如此，傳統的方法存在複雜度高、計算量大的問題，很難利用在線方法完成，因此不能滿足實時性需求。
[0005]對於基於視頻的海浪場景技術人們曾經進行過系統的探討，這方面研究的典型成果主要是基於高度場重新劃分場景區域的方法。它是分析高度場的分布規則，在三維場景中，將場景分成若干部分再進行拼接的方法。
[0006]近年來，為了提高重建的準確性和真實感，人們進行了一些研究。現有研究包括利用三次樣條與馬兒科夫隨機場結合的方法生成海浪場景，得到了較好的重建結果。
[0007]也有一些人員利用SFS研究場景生成方法，基於流體表面明暗度方法計算流體的高度，這種方法對於非透明水域能夠取得較滿意的高度計算結果，但強光照射的情況下，例如含有倒影或強亮度的水面，高度計算結果的準確性就會受到影響。

【發明內容】

[0008]本發明的目的是針對現有技術中存在的問題而提供的一種基於視頻的海浪場景生成方法，該方法具有簡單、快速、方便的特點，並且能夠根據需求改變生成場景的大小，所生成的場景符合真實感和實時性的需求。
[0009]本發明的目的是這樣實現的:
[0010]一種基於視頻的海浪場景生成方法，它包括:
[0011]1)流體表面高度場的計算；
[0012]2)海浪區域的識別；
[0013]3)海浪區域中浪峰的擬合；
[0014]4)浪峰擬合結果的kmeans聚類；
[0015]5)浪峰類區域的選取過程。
[0016]經過以上步驟將選取的類拼接到一定大小的場景中去，計算得到生成後的大場景。選取的類的個數，根據場景的規模而定。
[0017]本發明中具體的技術細節如下:
[0018]( i )流體表面高度場的計算
[0019]先利用明暗度恢復形狀方法計算流體表面的法向量，再使用Stokes模型計算流體表面高度；
[0020]首先，使用下述公式進行計算流體表面粒子法向量:
[0021]
【權利要求】
1.一種基於視頻的海浪場景生成方法，其特徵在於該方法包括: (1)流體表面高度場的計算； (2)海浪區域的識別； (3)海浪區域中浪峰的擬合； (4)浪峰擬合結果的kmeans聚類； (5)浪峰類區域的選取過程； 經過以上步驟將選取的類拼接到一定大小的場景中去，計算得到生成後的大場景；選取的類的個數，根據場景的規模而定；其中: 所述海浪區域中浪峰的擬合和浪峰類區域的選取過程，利用流體運動的物理規律生成具有真實感的海浪場景； 所述流體表面高度場的計算: 先利用明暗度恢復形狀方法計算流體表面的法向量，再使用Stokes模型計算流體表面高度； 首先，使用下述公式進行計算流體表面粒子法向量:
【文檔編號】G06T17/00GK103632392SQ201310594347
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】全紅豔, 俞銘琪, 宋雅慧 申請人:華東師範大學