[发明专利]一种增强模型轮廓的表面点绘制方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机虚拟现实和计算机图形学技术领域，特别是涉及计算机图形学真 实感绘制中的点绘制方法。

背景技术

计算机图形学是把计算机应用于图形的显示及绘制方面而逐渐形成的一门学科。它 从诞生发展到现在，已经在许多领域扮演着越来越重要的角色，发挥着越来越重要的作 用。真实感图形绘制是计算机图形学的一个重要组成部分(参见王健，真实感图形的离 散点绘制方法，吉林大学，硕士学位论文，2006)。它综合利用数学、物理学、计算机 科学和其它科学知识在计算机图形设备上生成像照片那样的真实感图形。

根据绘制图元的不同，真实感图形绘制分为基于几何图元的绘制技术(GBR)、基于 图像的绘制技术(IBR)和基于点的绘制技术(PBR)(参见张武，基于点的绘制技术的研 究与应用，浙江大学，硕士学位论文，2006)。GBR是传统的图形绘制技术，通常将场 景模型分解成三角面片，虽然可生成高度逼真的真实感图形，但是随着物体模型复杂度 的不断提高，表征模型的三角片数量也急剧增加，对其处理造成了带宽瓶颈和过度的浮 点计算。IBR通过预先生成的图像，对接近于视点或视线方向的画面进行变换、插值与 变形，从而快速得到当前视点处的场景画面。与场景复杂度无关，但是缺点在于预处理 时间长，需要大量的存储空间，且视点移动时会产生明显的人工痕迹。PBR在点的基础 上进行造型、绘制以及其他图形学上的处理。它抛弃了传统的三角面片表示方法，只记 录点的信息，由这些点直接重构出最终的图像。随着研究与应用的不断深入，模型及几 何场景变得越来越复杂，以点元作为最基本和最简单的图元，不需要存储和维护拓扑结 构，便于重取样，具有冗余少，存储空间小，绘制速度快的优点。

基于点的绘制技术使用离散的三维密集点云来表征模型表面，目标是采用点元作为 图元在三维密集点云中重构出连续、视觉等价的模型表面。适合绘制表面几何高度复杂 或具有复杂表面光照细节的模型。目前成熟的点绘制技术有基于绘制速度的方法： QSplat(Szymon Rusinkiewicz，Marc Levoy，QSplat：A Multiresolution Point Rendering System for Large Meshes，Siggraph 2000，New Orleans，LA USA)，它 利用层次包围球数据结构，用于快速的视域裁剪和背面剔除及细节层次绘制。

Dachsbacher等提出了一种将层次结构序列化为一个线性数组的方法(参见 C.Dachsbacher，C.Vogelgsang，and M.Stamminger.Sequential point trees.Siggraph 2003 Conference Proceedings)，在此基础上将绘制算法由层次树的遍历转化为线性 数组的遍历，从而实现了QSplat的GPU硬件加速。基于绘制效果的方法：Pfister等率先 提出用点面元(surfel)(参见C.Dachsbacher，C.Vogelgsang，and M.Stamminger. Sequential point trees.Siggraph 2003 Conference Proceedings)来表示采样点。 每个点被表示为位于点切向上的一个圆盘，各圆盘相互重叠形成紧密的物体表面。 zwicker等将信号处理的思想应用到点的绘制中，提出了椭圆加权(EWA)算法，获得了 高质量的绘制结果(参见Matthias Zwicker，Pfister.Surface Splatting.ACM Siggraph 2001，Los Angeles，CA，USA)。

综上，基于速度的方法没有考虑透明度以及反走样问题，绘制质量一般，而具有高 质量绘制效果的EWA算法是基于软件实现，因而不具备实时性。

发明内容

本发明的技术解决问题：针对传统点绘制中的走样以及绘制效率的问题，提供一种 增强模型轮廓的表面点绘制方法，该方法即可重构出保留模型边缘高频信号的连续表 面，同时能较好地满足实时绘制的要求。