Кіріспе

Цифрлық суреттерді алгоритмдік түрде жасау. Текстуралық синтез – бұл оның құрылымдық мазмұнын пайдаланып, кішкентай цифрлық үлгі суреттен үлкен цифрлық суретті алгоритмдік жолмен құру процесі. Ол компьютерлік графикада зерттелетін объекті болып табылады және көптеген салаларда қолданылады, оның ішінде цифрлық суреттерді өңдеу, 3D компьютерлік графика және фильмдерді пост-өндірісте өңдеу. Текстуралық синтез суреттердегі кемшіліктерді толтыру (мысалы, қалпына келтіруде), үлкен, қайталамайтын фондық суреттер жасау және кішкентай суреттерді кеңейту үшін қолданылуы мүмкін.

Процедуралық текстуралармен қарама-қайшылық

Процедуралық текстуралар – бастапқы материалсыз, нөлден текстураларды жасауға мүмкіндік беретін ұқсас техника. Ал, текстуралық синтез – бұл кейбір бастапқы кескіндерге сәйкестік табу немесе оларды кеңейту әдістерін білдіреді.

Тақталау

Үлгі суреттен үлкен сурет жасаудың ең оңай жолы – оны бөліктеп жабу. Яғни, үлгі суреттің бірнеше данасы қатар-қатар көшіріліп, жапсырылады. Бірақ мұндай нəтиже көбінесе қанағаттандырмайды. Сирек жағдайларды қоспағанда, бөліктердің арасында тігістер көрініп, сурет бір-біріне ұқсас болып келеді.

Стокстатикалық текстура синтезі

Стохастикалық текстура синтезі әдістері суретті әрбір пикселге кездейсоқ түр түс таңдау арқылы жасайды, бұл процеске ең төменгі жарықтық, орташа түс немесе ең жоғары контраст сияқты негізгі параметрлер ғана әсер етеді. Бұл алгоритмдер тек стохастикалық текстуралармен жақсы жұмыс істейді, себебі олар үлгі суреттегі кез келген құрылымды ескермейді және осыдан қанағаттандырмайтын нәтижелер шығарады.

Бір мақсатты құрылымды текстура синтезі

Бұл алгоритмдер отбасы шығыс суретін жасау үшін белгілі бір процедураны пайдаланады, яғни олар бір ғана құрылымды текстурамен шектеледі. Сондықтан, бұл алгоритмдерді құрылымды текстураларға және құрылымы өте ұқсас текстураларға ғана қолдануға болады. Мысалы, бір мақсаттағы алгоритм тас қабырғалардың жоғары сапалы текстуралық суреттерін жасаса, ал тас кесектерді көрсететін үлгі сурет берілген жағдайда, алгоритмнің қандай да бір пайдалы нәтиже беретіні екіталай.

Пикселдік текстура синтезі

Марков өрістерін, параметрлік емес үлгі алуды, ағаш құрылымды векторлық кванттауды және сурет аналогияларын қолданатын осы әдістер – ең қарапайым және ең табысты жалпы текстура синтезі алгоритмдерінің қатарына жатады. Олар көбінесе текстураны скан сызығы бойынша, синтезделген текстура үшін ең ұқсас жергілікті аймаққа ие пиксельдерді іздеп, көшіру арқылы жасайды. Бұл әдістер суреттерді толықтыру үшін өте пайдалы. Оларды, мысалы, сурет аналогияларындағыдай, түрлі қызықты міндеттерді орындау үшін қолдануға болады. Жақсы пикселді толық іздеу өте баяу болғандықтан, олар көбінесе жақын көршілерді табу әдісінің бір түрімен жылдамдатылады. Синтез көп ажыратымдылықта да жүзеге асырылуы мүмкін, мысалы, себеп-салдарлық байланысы жоқ, параметрлік емес көп масштабты Марков кездейсоқ өрісін пайдалану арқылы.

Жапсырма негізінде текстура синтезі

Жапсырмаға негізделген текстура синтезі жаңа текстураны әртүрлі ығыстырулардағы текстураларды көшіріп, тігіп біріктіру арқылы жасайды, бұл қолмен текстураны синтездеу үшін клондау құралын пайдалануға ұқсас. Кескін тігістері және граф кескіштері – жапсырмаға негізделген текстура синтезінің ең белгілі алгоритмдері. Бұл алгоритмдер пикселге негізделген текстура синтезі әдістерінен гөрі тиімдірек және жылдамрақ болады.

Терең оқыту және нейрондық желілер тәсілдері

Жақында терең оқыту әдістері текстура синтезі үшін қуатты, жылдам және деректерге негізделген, параметрлік тәсіл екені көрсетілді. Леон Гатистің жұмысы маңызды кезең болып табылады: ол және оның авторлары дискриминациялық жаттығудан өткен терең нейрондық желінің сүзгілерін тиімді параметрлік кескін сипаттамалары ретінде пайдалануға болатынын көрсетті, бұл жаңа текстура синтезі әдісіне әкелді. Соңғы уақыттағы тағы бір жаңалық – текстура синтезі үшін генеративтік модельдерді қолдану. Spatial GAN әдісі алғаш рет толық бақылаусыз GAN-дарды текстура синтезі үшін пайдалануды көрсетті. Кейінгі жұмыста әдіс одан әрі дамытылды – PSGAN жеке суреттерден немесе суреттердің үлкен жиынтығынан бақылаусыз түрде периодты және периодты емес суреттерді үйренуге болады. Сонымен қатар, шу кеңістігінде икемді үлгі алу потенциалды шексіз шығыс мөлшері бар жаңа текстураларды жасауға және олардың арасында тегіс өтуге мүмкіндік береді. Бұл PSGAN-ды текстура синтезі әдісі жасай алатын суреттердің түрлері тұрғысынан ерекше етеді.