[发明专利]映射和渲染三维目标和活动的三维目标的基于图像的方法

说明书

                           技术领域

本发明涉及计算机制图学，尤其涉及从实在目标的照片获得的三维(3D)静止和活动目标的映射及他们的几何映射，并涉及利用目标简化几何模型的映射和渲染方法。

                           背景技术

在不远的将来，以交互速度进行的3D目标的高质量渲染将在现代图形显示系统中占据主要地位。对3D目标高质量渲染的要求使构想出有效的算法成为必然，以用于在诸如电子商务、计算机游戏、科学、工程、医学等的领域内压缩目标并通过通信网络传输他们。在过去数十年中利用传统的3D目标多边形模型来同时满足这些需求的做法已经难于给出理想的结果。多边形模型具有两个主要的缺点：容量较大(例如：理想的模型需要数千万的三角形)并且难于构造。为了克服这些困难，近年来已经提出了3D制图学的多种方法，它们中最优选的方法似乎为基于目标的图像的方法，和基于代替3D空间内的三角形的点的方法。

基于图像的方法将给定目标表示为一组完全覆盖其可见表面并从多个不同的摄像机位置处获得的图像—目标的照片。除此之外，每个这种图像伴随有相应的深度映射图(depth map)，该映射图是一列从图像平面中的像素到目标表面的距离。这种映射的优点为参考图像可以提供高质量的目标显像，而不论其多边形模型的复杂性，并可以通过传统的图像压缩技术压缩，而不会过大地损害质量。另外，渲染时间正比于在参考图像和输出图像中的像素数量，而不是正比于目标的复杂性。

缺点是由于获得的用于实际目标(例如，雕像)的深度图是相当复杂的操作，以及处理这种映射的技术不够成熟。

基于点的方法将目标表示为点云，而不强加于明确的局部多边形结构。在这种方法中，一组深度图像通过将每个参考图像的每个像素转换为在正交于图像平面方向上的相应的深度值而限定了目标表面上的一组点(具有相应的颜色)。由此，基于图像的映射为基于点的映射的特殊情况。以下，我们将集中在基于图像的映射上，由于他们更接近我们的方法。

在文献著作中，两个上述趋势在参考文献[1]到[13]中描述，它们描述了一些3D目标的映射和渲染方法，如起伏纹理映像(Relief TexturesMapping)[1]、分层的深度图像(Layered Depth Images)[2]、分层的深度图像树(Layered Depth Image Tree)[3]、Q板条(splat)[4]、Surfels[5]以及其他在现有技术中已经公知的方法。在以下的现有技术方法的讨论中，将参照以下公开文献：

[1]Manuel M.Oliveira，Gary Bishop，David McAllister著的起伏纹理映像，发表于2000年的SIGGRAPH会议论文集；

[2]Jonathan Shade，Steven Gortler，Li-Wei He，Richard Szeliski著的分层的深度图像，发表于1998年的SIGGRAPH会议论文集；

[3]Chun-Fa Chang，Gary Bishop，Anselmo Lastra.著的LDI树：用于基于图像渲染的分级映射，发表于1999年的SIGGARPH会议论文集；

[4]Szymon Rusinkiewicz，Marc Levoy著的QSplat：用于较大栅格的多解析点渲染系统，发表于2000年SIGGARPH会议论文集；

[5]Hanspeter Pfister，Matthias Zwicker，Jeroen van Baar，Markus Gross著的Surfels：作为渲染基本数据单元的表面元素，发表于2000年SIGGARPH会议论文集；

[6]Chamberlain等人著的利用空间分层快速渲染复杂环境，发表于1996年SIGGARPH会议论文集；

[7]Grossman和Dally著的点样本渲染，发表于1998年关于渲染技术的欧洲图形学工作会的会议论文集；

[8]Lischinski和Rappoport著的用于非弥散合成场景的基于图像的渲染，发表于1998年关于渲染技术的欧洲图形学工作会的会议论文集；

[9]M.Levoy和T.Whitted著的利用点作为显示基本数据单元，发表于杯卡罗莱纳大学Chapel Hill分校，计算机科学系，1985年的技术报告TR85-022；

[10]L.Westover著的用于大量渲染的轨迹评估，发表于1990年SIGGRAPH会议论文集；