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图像处理研究的一个分支方向是由二维数字图像建立三维模型,这在计算机动画,电影和游戏工业具有举足轻重的重要地位。计算几何研究物体形状信息的计算机表示与分析。利用模型对物体进行模拟,实现可视化,仿真和虚拟现实。三维模型以数字图像方式呈现于屏幕,可见两个分支之间存在着相互联系,其交叉融合为当今图形学的重要方向。
图像的变形是图像编辑中的一个极为重要的问题,但纯粹的二维形变不足以正确反映三维物体的变化,一定的三维数据的输入还是必须的,比如本文探讨图形与图像相结合的一个典型案例,即对三维模型的照片提供用户二维简笔交互,最终求算出新的物体照片,使得其结果与三维物体直接发生形变,且利用原始光照条件再次进行光照绘制后的结果的照片相一致。这种对二维进行交互,直接影响三维变化的问题近几年比较热门,往往由于二维信息的不完整,必须提供一些原始物体的三维信息,如物体的三维法线,梯度,或者各个角点在空间的位置等。其中,提供法线的二维驱动三维物体编辑的问题又常常被人们称为颜色法线图片交互问题,当然问题绝不仅仅限于变形加上重新做光照渲染这一个应用。文中会对常用应用进行综述。
本文的创新之处是把由法线决定和控制的光照渲染完全转化成为由二维的图像的梯度来表示,从三维法线通过光照公式转化到二维图片上相应点的梯度过程已经被完全封装了起来,只要提供了原始的法线图,利用本文的框架系统,用户就能很轻易的知道感兴趣区域内的每一点的梯度值,由此就能决定最终结果图像内每一点的颜色值。这样就实现了二维梯度引导三维形状变化的过程,有了这种想法,作为推广,文中还把算法原封不动的嵌入到gradientshop框架下,它把图像问题的输入有针对性的分解成为基础图与差异梯度作为输入传递给gradientshop框架的求解器,得到能量最优解。针对本文的实例,我们将讨论如何将法线作为三维信息输入给gradientshop并且使之变化成为gradientshop能够处理的数据,从而扩展了gradientshop的功能,使其能通过二维交互引导三维变形及重新光照。