摘要

本文介绍了一种基于信号响应神经元细胞自动机（NCA）的多纹理合成方法。传统的NCA在纹理生成领域表现出色，但每种纹理需要单独训练的NCA，限制了其应用范围。本文提出了一种新方法，通过在每个细胞状态中编码纹理信息，训练单个NCA生成多种纹理。这种方法不仅保持了NCA的自再生能力，还支持学习纹理之间的插值和嫁接技术，展示了编辑生成纹理的潜力，并探讨了基因信息和损失函数对NCA演化的影响。

原理

本文提出的多纹理合成NCA的工作原理基于在细胞状态中引入基因信号编码，这些信号指导NCA生成特定的纹理。具体来说，NCA的每个细胞状态向量包含颜色通道和隐藏通道，其中一部分隐藏通道被定义为基因通道，用于编码纹理信息。通过二进制编码，每个纹理对应一个唯一的基因编码，NCA通过学习这些编码来生成相应的纹理。此外，NCA还支持纹理间的插值，通过在基因编码中引入中间值，实现两种纹理之间的平滑过渡。

流程

多纹理生成NCA的工作流程包括初始化、训练和推理三个阶段。在初始化阶段，NCA的状态向量被设置为包含基因编码的种子状态。训练阶段，NCA通过迭代更新细胞状态，使用损失函数（如切片Wasserstein损失）来优化网络参数，使生成的纹理接近目标纹理。推理阶段，NCA可以根据输入的基因编码生成相应的纹理，或通过插值基因编码生成中间纹理。例如，通过设置基因通道的值为(0,0,0.5)，NCA可以生成介于两种学习纹理之间的混合纹理。

应用

本文提出的多纹理合成NCA技术在计算机图形学、游戏开发和电影制作等领域具有广泛的应用前景。通过单个NCA模型生成多种纹理，可以大幅减少模型训练和存储的需求，提高纹理合成的效率和灵活性。此外，纹理插值和嫁接技术的支持，使得NCA在纹理编辑和创新设计方面展现出巨大潜力。