[发明专利]三维物体的分层表示及利用其绘制物体的方法和装置

说明书

                       技术领域

本发明涉及计算机图形，更具体地说，涉及从真实物体照片以及它们的几何表示获得的三维静态和动态物体表示，并涉及一种用于使用二进制的八叉树(Binary Volumetric Octree)表示和绘制(rendering)的方法和装置。

                       背景技术

在不久的将来，以交互速度高质量地绘制三维物体将在现代图形系统中受到重视。对于高质量地绘制3D物体的需求使得发明用于压缩物体并借助通信网络在例如电子商务、计算机游戏、科学、工程、医药领域发送该物体的有效算法成为必要。在过去几十年间，使用3D物体的传统的多边形模型来同时满足所有这些要求并未达到预期效果。多边形模型有两个主要的缺点：大体积(例如现实模型需要好几千万个三角形)和构造困难。

为了克服这些缺点，近年来提出一些3D图形的方法。他们最大的优点是基于使用物体图像的方法，和基于在3D空间使用点而非三角形的方法。

基于图像的方法把给定的物体表示成物体的一组图像-‘照片’-完全包括其可见表面，它们是自多个不同的相机位置拍摄而来。此外，每个这样的图像有一个对应的景深图(depth-map)，该景深图是从图像平面的像素到物体表面的距离的阵列。这种表示的优点是参考图像可以提供高质量的物体可视化，而不管其多边形模型的复杂性，并且可以通过普通的图像压缩技术进行压缩，而不会牺牲太多质量。此外，绘制时间与参考和输出图像的像素数而不是物体的复杂性成比例。

缺点在于获得真实物体(例如，雕刻)的景深图是非常复杂的操作，及处理这种表示的技术发展尚未完善。

基于点的方法将物体表示成‘一堆点’而不利用显式的(explicit)局部多边形结构。在这种方法中，通过在垂直于图像平面的方向上，将每个参考图像的每个像素平移相应的景深的值，具有相应的景深的一组图像定义在物体表面的一组点(具有对应的颜色)。因此基于图像的表示是基于点的表示的特例。随后我们集中精力在基于图像的表示，因为它们更接近我们的方法。

在文献中，描述3D物体表示和绘制方法的参考文献〔1〕至〔13〕描述了上述两种趋势，如减轻纹理图〔1〕，分层景深图像(depth image)〔2〕，分层景深图像树〔3〕，Q纵立长条(Qsplat)〔4〕，Surfels〔5〕和其他在现有技术已知的。在现有技术方法的以下讨论中，将参考以下出版物：

〔1〕manuel M.Oliveira，Gary Bishop，David McAllister，Relief TexturesMapping，Proceedings of SIGGRAPH’00(减轻纹理图，SIGGRAPH 2000会议论文集)；

〔2〕Johathan Shade，Steven Gortler，Li-wei He，Richard Szeliski，LayeredDepth Images，Proceedings of SIGGRAPH’98  (分层景深图像，SIGGRAPH1998会议论文集)；

〔3〕Chun-Fa Chang，Gary Bishop，Anselmo Lastra，LDI Tree：AHierarchical  Representation for  Image-Based  Rendering，Proceedings ofSIGGRAPH’00(LDI树：基于图像绘制的分层表示，SIGGRAPH 2000会议论文集)；

〔4〕Szymon Rusinkiewicz，Marc Levoy，Qsplat：A Multiresolution PointRendering System for Large Meshes，Proceedings of SIGGRAPH’00(SIGGRAPH 2000会议论文集，Q纵立长条：大的网状结构的多分辨率点绘制系统)；

〔5〕Hanspeter Pfister，Matthias  Zwicker，Jeroen van Baar，Markus Gross，Surfels：表面元素作为绘制图素(Surfels：Surface Elements as RenderingPrimitives，Proceedings of SIGGRAPH’00，SIGGRAPH 2000会议论文集)；