Synthesis of Periodic Textures Using Image Decomposition and Neighborhood Synthesis

This thesis deals with the automatic generation of texture tiles based on a given two-dimensional texture sample. By simply stitching the tiles together, arbitrarily sized planes can be tessellated in little time at low storage requirement. To ensure satisfying results, several demands have to be considered: Most essential for a successful tiling is a good boundary handling to prevent visible seams. Among color adjustment, it is a special quest to maintain features beyond the borders. Moreover, the tile should contain enough information about the texture's topology in order to be able to realistically reconstruct it. Since there is a variety of textures with different properties and demands, two approaches are proposed that together cover the whole spectrum: The first one initially corrects the input image regarding rotation and warping and then decomposes it in a periodic part and a smooth residual, where the actual decomposition depends on several parameters. The periodic part can then be used as a tile. The second approach reconstructs a transition between opposing borders by extracting matching patches from the input image and stitching them along the borders. Since unwanted repetitions might occur when simply stitching the tiles together, an additional re-synthesis step is proposed at the end of this work that re-synthesizes the inner part of a tile in different ways and thus generates a stack where tiles can be randomly chosen from and stitched together until the desired space is filled. Diese Masterarbeit befasst sich mit der automatischen Erstellung von Textur-Kacheln ("Tiles") aus einer gegebenen 2-dimensionalen Bildvorlage, mit deren Hilfe sich durch Aneinanderreihung Texturen beliebigen Ausmaßes generieren lassen. Der Vorteil der Verwendung von Tiles liegt darin, dass nur wenig Speicherplatz benötigt wird und dass die eigentliche Synthese in kurzer Zeit stattfinden kann, was besonders in der Echtzeitsynthese eine wichtige Rolle spielt. Die Anforderung an ein geeignetes Tile ist in erster Linie ein guter Übergang an den Rändern, sodass keine störenden Nähte zwischen aneinandergereihten Tiles auffallen. Neben der farblichen Anpassung ist es dabei eine besondere Herausforderung, Strukturen über die Ränder hinweg zu erhalten. Zusätzlich sollte das Tile genug Information über die Topologie der zugrundeliegenden Textur enthalten, um diese möglichst realistisch rekonstruieren zu können. Um möglichst gut das Spektrum aller denkbaren Texturen mit ihren verschiedenen Eigenschaften und Anforderungen abzudecken, wurden zwei Algorithmen entworfen: Der erste korrigiert zunächst das Eingabebild bezüglich Rotation und Verzerrung und zerlegt es anschließend in einen periodischen und einen Rest-Anteil, wobei die Art der Zerlegung mithilfe von Parametern gesteuert werden kann. Der periodische Bildanteil kann dann als Tile verwendet werden. Der zweite Ansatz rekonstruiert einen Übergang zwischen gegenüberliegenden Rändern, indem er passende Teile aus dem Eingabebild extrahiert und an den Rändern anfügt. Da es bei Aneinanderreihung ein und desselben Ergebnis-Tiles zu störenden Muster- Wiederholungen kommen kann, wird am Ende der Arbeit eine Re-Synthese vorgeschlagen, die das Bildinnere mehrerer Tiles auf unterschiedliche Weise neu synthetisiert und so einen Stack generiert, aus dem Tiles zufällig ausgewählt und aneinandergesetzt werden können, bis die gewünschte Fläche vollständig bedeckt ist