[发明专利]三维点采样数据高性能渲染方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形处理领域，特别涉及一种三维点采样数据高性能渲染方法。

背景技术

3D扫描获取技术的快速发展，使3D点采样数据模型已成为继一维的声音数据、二维的图像数据与视频数据之后的一种新兴数字媒体。在逆向工程、工业产品创新设计、数字娱乐、影视动画、电子商务、通信、物理模拟、文物保护与修复等领域中，3D点采样数据模型有着广泛的应用，且产生了越来越深远的影响。近年来，已涌现出多种3D点采样数据的建模和造型方法，这使得高性能、快速高质量地渲染绘制3D点采样数据成为一项非常重要的工作。

自2000年Rusinkiewicz和Levoy开发了QSplat点绘制系统以来，已出现了多种基于点的绘制方法和技术。QSplat利用层次包围球数据结构，实现了3D点采样数据的快速显示，然而其不足是产生严重的图形走样。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Elliptical Weighted Average，EWA算法，将屏幕空间的重采样和滤波巧妙地结合在一起，很好的解决了点绘制的走样问题，得到了高质量的绘制结果；但该算法是纯软件实现的。Ren等推导出物体空间的EWA滤波算子，并基于GPU实现该算法，因此提高了绘制速度。Dachsbacher等将点模型的层次结构序列化为线性数组，基于此将绘制算法由层次树的遍历转化为线性数组的遍历，从而提高了绘制效率。

基于硬件的EWA算法尽管提高了绘制速度，然而也存在相应的不足。其一，通常需要进行多遍绘制，在第一遍绘制的时候，需要将物体向远离视角的方向移动一个微小的偏移量后再对深度缓存进行绘制，然而偏移量大小的确定不是件容易的事，偏移量太大或者太小都会影响到绘制效果。其二，多遍绘制算法只绘制位于视角最前端的点，因此无法逼真的绘制半透明体。

发明内容

本发明克服了上述现有技术中的不足，提供了一种三维点采样数据高性能渲染方法，通过设计单遍绘制方案提高渲染速度，通过EWA增强渲染的质量。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种三维点采样数据高性能渲染方法，所述渲染方法包括下述步骤：(1)构建采样点最近邻域集的局部隐式曲面，基于此估算法向；(2)协方差分析邻域点集，确定采样点在其切平面上的椭圆表示；(3)利用椭圆加权滤波，绘制3D采样点；(4)按照采样点在当前视角下深度值进行的动态排序，设计三维点采样数据从远到近的单遍绘制方法。

为实现发明目的，在步骤(1)中，采样点的法向是通过计算隐式曲面的梯度得到，具体是：

(a)利用kD树快速搜索采样点的k最近邻域N_k(p_i)，依据三维采样点采样数据的规模n取k∈[9，30]；

(b)基于径向基函数RBF，RBF即radial basis functions，并采用法矢约束的方式加入约束点，在采样点集N_k(p_i)上重构采样点p_i的局部隐式曲面。

给定R³空间的l个散乱点{p₁，...，p_l}，插值它们的RBF隐式曲面一般形式为：

f(r)=Σi=1lwiφ(r-pi)+P(r)=0]]>式①

由l个散乱点所给定的方程约束条件为