專利名稱：一種地形紋理貼圖的處理方法和處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖文包裝技術領域，特別是涉及一種地形紋理貼圖的處理方法和處理
直O(jiān)
背景技術：
貼圖是計算機圖形學和計算機可視化中的重要技術。通過貼圖可以構造形態(tài)各異 的物體表面的紋理特征。在計算機圖形學中，如何使物體具有相片級別的真實感，一直是一個重要的研究 方向。其中紋理映射技術可以實現(xiàn)對物體細節(jié)的描述。但是由于普通的紋理技術實際上只 考慮了物體表面的顏色紋理，即只能在光滑的表面上描繪各種事先定義的花紋圖案，不能 表現(xiàn)由于表面的微觀幾何形狀凹凸不平而呈現(xiàn)出來的粗糙感。因此，目前需要本領域技術人員迫切解決的一個技術問題就是如何能夠創(chuàng)新地 提出一種貼圖的處理方法，用以提高圖片的真實感。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種地形紋理貼圖的處理方法和處理裝置，用 以提高地形紋理貼圖的真實感。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種地形紋理貼圖的處理方法，所述方法包 括根據(jù)光源照射原始圖像的方向角以及光源的高度，確定光照模型；計算原始圖像中各個像素點的灰度值，得到原始圖像的灰度圖；所述灰度圖作為 對原始圖像進行處理的擾動因素；通過灰度圖的表面紋理坐標以及地形高度值計算當前擾動因素作用下具有凹凸 紋理的圖像的法向量；根據(jù)所確定的光照模型以及計算所得的具有凹凸紋理的圖像的法向量和原始圖 像計算生成具有凹凸紋理的圖像。優(yōu)選的，所述方法還包括對所生成的具有凹凸紋理的圖像進行亮度補償。優(yōu)選的，所述亮度補償采用灰度拉伸的方式完成。更為優(yōu)選的，所述灰度拉伸通過以下子步驟完成通過對生成的具有凹凸紋理的圖像進行灰度直方圖統(tǒng)計，獲取對圖像進行灰度拉 伸的兩個拐點；根據(jù)所確定的拐點確定灰度拉伸的變換函數(shù)，并依據(jù)所述變換函數(shù)對所述具有凹 凸紋理的圖像進行灰度變換。本發(fā)明還公布了一種地形紋理貼圖的處理裝置，所述裝置包括光照模型確定模塊，用于根據(jù)光源照射原始圖像的方向角以及光源的高度，確定光照模型；灰度圖獲取模塊，用于計算原始圖像中各個像素點的灰度值，得到原始圖像的灰 度圖；所述灰度圖作為對原始圖像進行處理的擾動因素；法向量獲取模塊，用于通過灰度圖的表面紋理坐標以及地形高度值計算當前擾動 因素作用下具有凹凸紋理的圖像的法向量；圖像生成模塊，用于根據(jù)所確定的光照模型以及計算所得的具有凹凸紋理的圖像 的法向量和原始圖像計算生成具有凹凸紋理的圖像。優(yōu)選的，所述裝置還包括亮度補償模塊，用于對所生成的具有凹凸紋理的圖像進行亮度補償。優(yōu)選的，所述亮度補償模塊采用灰度拉伸的方式完成亮度補償。更為優(yōu)選的，所述亮度補償模塊包括以下子模塊灰度直方圖統(tǒng)計子模塊，用于通過對生成的具有凹凸紋理的圖像進行灰度直方圖 統(tǒng)計，獲取對圖像進行灰度拉伸的兩個拐點；灰度變換子模塊，用于根據(jù)所確定的拐點確定灰度拉伸的變換函數(shù)，并依據(jù)所述 變換函數(shù)對所述具有凹凸紋理的圖像進行灰度變換。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點首先，本發(fā)明所提供的一種地形紋理貼圖的處理方法和處理裝置，通過根據(jù)光源 照射原始圖像的方向角以及光源的高度，確定光照模型，計算原始圖像中各個像素點的灰 度值，得到原始圖像的灰度圖，所述灰度圖作為對原始圖像進行處理的擾動因素，通過灰度 圖的表面紋理坐標以及地形高度值計算當前擾動因素作用下具有凹凸紋理的圖像的法向 量，根據(jù)所確定的光照模型以及計算所得的具有凹凸紋理的圖像的法向量和原始圖像計算 生成具有凹凸紋理的圖像，從而提高了貼圖的立體感和真實感。其次，本發(fā)明通過灰度拉伸對所生成的具有凹凸紋理的圖像進行亮度補償，更進 一步的提升了地形紋理圖像的逼真度。


圖1是本發(fā)明實施例一所述的一種地形紋理圖的處理方法流程圖；圖2是本發(fā)明實施例一所述的一種處理前的地形紋理貼圖的原始圖像的示例圖；圖3是本發(fā)明實施例一所述的一種處理后的具有凹凸紋理的圖像的示例圖；圖4是本發(fā)明實施例二所述的一種地形紋理圖的處理裝置結構圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。視頻及多媒體技術的不斷發(fā)展，促使圖文包裝的應用越來越廣泛，制作效果的要 求也越來越高，在圖文包裝特別是天氣預報等節(jié)目的圖文包裝中常常需要用到地形紋理貼 圖來形象具體的進行說明，如果能夠找到一種地形紋理貼圖的處理方法和處理裝置，那么 將大大提高圖像的真實感和立體感，更到位的完成圖文包裝工作。因此，本專利發(fā)明人創(chuàng)造性地提出了本發(fā)明實施例的核心構思之一，即提供一種地形紋理貼圖的處理方法，根據(jù)光源照射原始圖像的方向角以及光源的高度，確定光照模 型，計算原始圖像中各個像素點的灰度值，得到原始圖像的灰度圖；所述灰度圖作為對原始 圖像進行處理的擾動因素，通過灰度圖的表面紋理坐標以及地形高度值計算當前擾動因素 作用下具有凹凸紋理的圖像的法向量，根據(jù)所確定的光照模型以及計算所得的具有凹凸紋 理的圖像的法向量和原始圖像計算生成具有凹凸紋理的圖像。具體的來說，本發(fā)明采用一種無需修改表面幾何模型即能模擬表面凹凸不平效果 的有效方法一幾何凹凸紋理映射技術(Bump Mapping)，實現(xiàn)了三維地球系統(tǒng)地形紋理貼 圖的立體化，使得地表更具真實感。其中，Bump mapping技術是以改變法向量，從而改變光亮度的一種映射技術。對 平面而言，所有點法向量相同，應用簡單的光照模型后，所有點光亮度將保持一致。反之，若 各個點的光亮度發(fā)生改變，就會給人以錯覺，認為表面不再平滑，而呈現(xiàn)粗糙感。其原理如 下若景物表面的參數(shù)方程為，Q = Q(u, v), Qu, Qv(沒有單位化)為表面上任意點在 該點的偏導矢量，則表面上在任一點(U，v)的單位法向量為N = N(u，v) = Qu*Qv/I Qu*Qv在表面每一采樣點處沿其法線方向附加一個擾動因素，為便于理解這里擾動因素 以擾動函數(shù)P (u，ν)為例，從而得到新的表面Q' (u，ν) = Q (u，ν)+P (u，ν) N，則擾動后的表 面法向量為N' = Q' u氺Q' ν = Qu*Qv+Pu (N*Qv) +Pv (Qu*N) = N+PuA-Pv*B設其中A = N*Qv，B = N*Qu，令D = PuA-PvB,則擾動后的法向量為N' = N+D。擾動因素可任意選擇，可以是簡單的網(wǎng)格團，字符位映射，Z緩存圖案以及隨手描 圖案又或其他形式的擾動因素。實施例一參照圖1，示出了本發(fā)明的一種地形紋理圖的處理方法流程圖，本實施例主要是通 過對原始圖像處理，得到灰度圖，用其作為擾動因素，來計算新的表面的法向量，從而改變 圖像光亮度，使圖像產(chǎn)生凹凸感。所述方法具體包括S101，根據(jù)光源照射原始圖像的方向角以及光源的高度，確定光照模型；通常光照模型是通過提供一系列的庫函數(shù)形成的，使用中可以十分方便的根據(jù)場 景建立所需的光照模型，實際使用中所涉及到的光照模型可以有環(huán)境光、漫射光、鏡面反射 光等組成，還可以通過設置光線衰減因子來模擬真實的光照效果。本實施例中所涉及到的 光照模型需要定義光源照射原始圖像的方向角以及光源的高度來完成，其中所述光源可以 是點光源、線光源和面光源，所述原始圖像為圖文包裝中所用到的地形紋理貼圖，具體可參 照圖2進行示例，對照到上文所述的原理中也就是表面參數(shù)方程Q = Q(u, ν)所對應的圖 像。S102，計算原始圖像中各個像素點的灰度值，得到原始圖像的灰度圖；所述灰度圖 作為對原始圖像進行處理的擾動因素；其中，所謂灰度值是指色彩的濃淡程度，把白色與黑色之間按對數(shù)關系分為若干 等級，稱為灰度，灰度分為256階。用灰度表示的圖像稱作灰度圖。除了常見的衛(wèi)星圖像、航 空照片外，許多地球物理觀測數(shù)據(jù)也以灰度表示。以位場圖像為例，把位場表示為灰度圖， 需要將位場觀測值灰度量化，即將場的變化范圍轉換成256階的灰度范圍。由于位場的動
5態(tài)變化范圍非常大，磁場可達數(shù)萬個納特，重力場也可能在數(shù)百個重力單位內變化，所以在 顯示為圖像前通常需要對位場觀測值進行拉伸或壓縮。任何顏色都有紅、綠、藍三原色組成，實際使用中可以按照某種計算方法，對原始 圖像進行計算將其轉換為灰度圖。假如原始圖像中某點的顏色為RGB(R，G，B)，其中，R、G、 B分別代表紅red、綠green、藍blue，那么將其轉換為灰度圖的計算方法有浮點算法=Gray= R*0. 3+G*0. 59+Β*0· 11 ；整數(shù)方法Gray= (R*30+G*59+B*ll)/100 ；移位方法Gray= (R*28+G*151+B*77) >> 8 ；平均值法Gray= (R+G+B) /3 ；僅取綠色Gray= G。通過上述任一種方法求得Gray后，將原始圖像中RGB (R，G，B)中的R，G，B統(tǒng)一用 Gray替換，形成新的顏色RGB (Gray, Gray, Gray)，用它替換原始圖像的RGB (R，G，B)就得到 原始圖像的灰度圖了。本實施例中優(yōu)選的采用移位方法來完成灰度圖的轉換，對照前面所 述的原理，這里所提到的灰度圖就是原始圖像的一種擾動因素。S103，通過灰度圖的表面紋理坐標以及地形高度值計算當前擾動因素作用下具有 凹凸紋理的圖像的法向量；其中，所述的地形高度值是通過灰度高度關系對照換算得到的，一般來說，大約灰 度83 =海平面，灰度乘以3后減去250m即約等于高度，通常取灰度83 =海拔0m，灰度117 =100m，灰度150 = 200m，灰度183 = 300m。這里通過灰度圖的表面紋理坐標以及地形高 度值計算得到當前擾動因素作用下具有凹凸紋理的圖像的法向量，對照前面所述的原理也 就是擾動因素擾動后的法向量。S104，根據(jù)所確定的光照模型以及計算所得的具有凹凸紋理的圖像的法向量和原 始圖像計算生成具有凹凸紋理的圖像。通過步驟SlOl所確定的光照模型以及S103計算所得的具有凹凸紋理圖像的法向 量和原始圖像計算生成具有凹凸紋理的圖像，從而得到更為逼真的圖像，提高了圖像的真 實感和立體感。優(yōu)選的，所述方法還包括S105，對所生成的具有凹凸紋理的圖像進行亮度補償。對原始圖像進行運算處理之后，圖像的亮度會有所損失，這里通過對所生成的具 有凹凸紋理的圖像進行亮度補償?shù)玫礁鼮楸普娴牡匦渭y理圖像。更為優(yōu)選的，所述亮度補償采用灰度拉伸的方式完成，灰度拉伸又叫對比度拉伸， 它的主要思想是提高圖像處理時灰度級的動態(tài)范圍。優(yōu)選的，所述灰度拉伸通過以下子步驟完成Si，通過對生成的具有凹凸紋理的圖像進行灰度直方圖統(tǒng)計，獲取對圖像進行灰 度拉伸的兩個拐點；S2，根據(jù)所確定的拐點確定灰度拉伸的變換函數(shù)，并依據(jù)所述變換函數(shù)對所述具 有凹凸紋理的圖像進行灰度變換。這里通過對生成的具有凹凸紋理的圖像進行灰度直方圖的統(tǒng)計，對應每一個灰度 值統(tǒng)計出具有該灰度值的像素數(shù)，從而找到對圖像進行灰度拉伸的兩個拐點，假設兩個拐點分別為=X1和&，將所求得的拐點代入灰度拉伸的變換函數(shù)，得到當前灰度變換的變換函 數(shù)
權利要求
1.一種地形紋理貼圖的處理方法，其特征在于，所述方法包括 根據(jù)光源照射原始圖像的方向角以及光源的高度，確定光照模型；計算原始圖像中各個像素點的灰度值，得到原始圖像的灰度圖；所述灰度圖作為對原 始圖像進行處理的擾動因素；通過灰度圖的表面紋理坐標以及地形高度值計算當前擾動因素作用下具有凹凸紋理 的圖像的法向量；根據(jù)所確定的光照模型以及計算所得的具有凹凸紋理的圖像的法向量和原始圖像計 算生成具有凹凸紋理的圖像。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 對所生成的具有凹凸紋理的圖像進行亮度補償。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于 所述亮度補償采用灰度拉伸的方式完成。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述灰度拉伸通過以下子步驟完成通過對生成的具有凹凸紋理的圖像進行灰度直方圖統(tǒng)計，獲取對圖像進行灰度拉伸的 兩個拐點；根據(jù)所確定的拐點確定灰度拉伸的變換函數(shù)，并依據(jù)所述變換函數(shù)對所述具有凹凸紋 理的圖像進行灰度變換。
5.一種地形紋理貼圖的處理裝置，其特征在于，所述裝置包括光照模型確定模塊，用于根據(jù)光源照射原始圖像的方向角以及光源的高度，確定光照 模型；灰度圖獲取模塊，用于計算原始圖像中各個像素點的灰度值，得到原始圖像的灰度圖； 所述灰度圖作為對原始圖像進行處理的擾動因素；法向量獲取模塊，用于通過灰度圖的表面紋理坐標以及地形高度值計算當前擾動因素 作用下具有凹凸紋理的圖像的法向量；圖像生成模塊，用于根據(jù)所確定的光照模型以及計算所得的具有凹凸紋理的圖像的法 向量和原始圖像計算生成具有凹凸紋理的圖像。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括 亮度補償模塊，用于對所生成的具有凹凸紋理的圖像進行亮度補償。
7.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于所述亮度補償模塊采用灰度拉伸的方式完成亮度補償。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述亮度補償模塊包括以下子模塊 灰度直方圖統(tǒng)計子模塊，用于通過對生成的具有凹凸紋理的圖像進行灰度直方圖統(tǒng)計，獲取對圖像進行灰度拉伸的兩個拐點；灰度變換子模塊，用于根據(jù)所確定的拐點確定灰度拉伸的變換函數(shù)，并依據(jù)所述變換 函數(shù)對所述具有凹凸紋理的圖像進行灰度變換。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種地形紋理貼圖的處理方法和處理裝置，通過根據(jù)光源照射原始圖像的方向角以及光源的高度，確定光照模型，計算原始圖像中各個像素點的灰度值，得到原始圖像的灰度圖，所述灰度圖作為對原始圖像進行處理的擾動因素，通過灰度圖的表面紋理坐標以及地形高度值計算當前擾動因素作用下具有凹凸紋理的圖像的法向量，根據(jù)所確定的光照模型以及計算所得的具有凹凸紋理圖的圖像的法向量和原始圖像計算生成具有凹凸紋理的圖像，從而提高了貼圖的立體感和真實感。
文檔編號G06T15/50GK102147927SQ201010106859
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權日2010年2月5日
發(fā)明者王蓓蓓 申請人:新奧特(北京)視頻技術有限公司