三维视差立体效果生成原理及其在纺织图案设计中的应用

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随着立体显示技术的不断发展,人们可以不借助观察工具直接通过人眼观察到立体效果,这种通过人眼直接感知的三维立体效果被称为裸眼三维立体视觉效果。裸眼三维立体视觉效果的生成研究成为当前的研究热点,纺织行业的发展应顺应时代的潮流,研究纺织品中裸眼三维立体视觉效果的构建方法。通常,纺织品的立体视觉效果绝大部分来源于表面的装饰图案,故构建裸眼三维立体视觉效果的关键在于纺织图案立体效果的设计。三维视差立体图具有独特的隐藏式裸眼三维立体视觉效果,给人们带来很强的视觉冲击力。因此,考虑将三维视差立体图的立体视觉效果生成原理与方法应用于纺织图案的设计中,生成具有裸眼三维立体视觉效果的纺织三维视差立体图案,为纺织图案的立体化设计提供新的发展方向。本课题选定适用于纺织领域的单幅三维视差立体图作为研究对象,根据其立体显示对象的差异,分别探索了三维视差立体浮画图与三维视差立体异画图的生成原理与算法;在此基础上,将单幅三维视差立体图立体视效的生成原理与算法应用于纺织图案的立体化设计,对纺织三维视差立体图案的生成进行了相关研究,利用CAD实现了纺织三维视差立体异画图案中四方连续平铺图像的自动生成;设计了一系列不同主题的纺织三维视差立体浮画图案与纺织三维视差立体异画图案,并实际应用于不同类型的纺织品上,赋予了纺织品神奇的裸眼三维立体视觉效果,促进了纺织行业时代化与多元化的发展。具体研究内容与结论如下:(1)对三维视差立体浮画图的生成进行了研究。研究表明,三维视差立体浮画图中立体显示对象产生不同远近立体感的关键在于立体显示对象之间水平重复排列的距离不同。在符合人眼间距范围的情况下,较小的水平重复距离,产生的立体视觉效果离人眼的距离较近,较大的水平重复距离,产生的立体视觉效果离人眼的距离较远,不同水平重复距离的组合,产生了不同远近的立体感。(2)为生成立体视觉效果显著的纺织三维视差立体浮画图案,对其空间布局进行了研究。研究发现,生成显著的立体视觉效果关键在于立体显示对象横向排布时应保持其完整性,同时,将立体显示对象安置在背景图像面上无明显元素分布的纵向位置。(3)基于同一视差偏移距离的计算公式,分别研究了单侧偏移三维视差立体异画图与对称偏移三维视差立体异画图的生成。分析研究结果可知,单侧偏移算法会在图像单侧产生明显的像素点堆积,对称偏移算法则会均匀分布偏移的像素点,避免产生左右像素点分布失衡的现象,更适宜应用于纺织领域。平铺图像的连续性与元素分布的均匀性会对三维视差立体图的整体外观与立体感知难易度产生影响,元素分布均匀、不存在大量连续空白区域且四方连续的平铺图像生成的三维视差立体图外观整体性最佳、立体感知最易。(4)研究了纺织三维视差立体异画图案中四方连续平铺图像的构造。对构造四方连续图像的四边形镶嵌法进行分析,发现其镶嵌直线两侧的图案元素存在较大的间隙,会导致局部图案元素分布不均。为改善元素的分布不均,提出了优化改进的异形镶嵌法构造四方连续图像的方法。并在此基础上,利用Py Charm开发工具与Python编程语言自主开发出四方连续图像自动生成软件,实现了四方连续图像的自动化生成。同时,对纺织三维视差立体异画图案中深度图像的生成进行了研究,采用灰度值代表深度信息,构建出物体的深度图像,并编写深度图像的三维可视化显示程序,帮助人们对纺织三维视差立体异画图案的立体视觉效果进行感知与理解。(5)使用自主开发的四方连续图像自动生成软件与三维视差立体图生成软件,设计生成一系列的纺织三维视差立体图案,并利用数码喷墨印花技术将其应用于不同类型的纺织品上,赋予纺织品显著的裸眼三维立体视觉效果,证实了具有三维视差立体视觉效果的纺织三维视差立体图案拥有实际的应用价值与广泛的适用范围。
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