单图像的植物器官表观纹理生成系统研发

来源：农业工程学报杂志2020年第7期北京时间：

作者：苗腾,许童羽,邓寒冰,周云成,徐静,于越,

摘要：为提高农业题材三维数字媒体内容制作效率，解决植物器官表观纹理制作流程繁琐的问题，研发了基于单图像的植物器官表观纹理生成系统。该系统分为漫反射强度纹理、透射纹理、高光纹理、法向量贴图、环境遮蔽图以及表观纹理实时可视化6个模块。漫反射强度纹理生成模块采用基于能量约束的本征图像分解方法将植物器官图像分解为漫反射纹理以及光照图；透射纹理生成模块以PROSPECT模型为理论基础，反演植物叶片透射与反射的统计学关系，利用漫反射纹理生成透射纹理；高光参数纹理生成模块采用交互式操作，基于用户对少量样本点的高光表观参数设定，根据概率插值出整个器官表面的高光参数，进而形成高光强度纹理和粗糙度纹理；法向量贴图模块在阴影恢复形状技术的基础上，综合低频和高频特征生成法向量贴图；环境遮蔽图生成模块通过简单的亮度倍增操作，将光照图转换成环境遮蔽纹理；表观纹理实时可视化模块利用上述生成的表观纹理进行实时的器官三维渲染，为用户提供反馈。系统仅需调节3个参数即可生成6种样式丰富的器官表观纹理，操作简捷，自动化程度高。在处理512×512分辨率的图像时，生成6种表观纹理的总计算时间小于8 s。结果表明，该系统可以通过简单的操作，高效生成三维植物可视化中常用的表观纹理，为农业题材的三维数字资源开发提供技术工具。

关键词：纹理, 可视化, 三维, 数字植物