[发明专利]基于图像的复杂三维模型绘制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图像的真实感绘制方法，主要用于复杂模型在虚拟视角下的真实感绘制。

背景技术

传统的图形学当中真实感绘制的一般过程是：用户输入物体的几何特性并进行几何建模，然后根据模型所在环境的光照信息，模型的光滑度、透明度、反射率折射率等物理属性，以及表面纹理等，通过空间变换、透视变换等，计算得到物体在特定视角下的每个像素的颜色值。然而，这种方法的建模过程复杂，计算和显示的开销大，时间复杂度与模型复杂度耦合性高，不适用于复杂模型的绘制，并且难以得到逼真的绘制结果。

基于图像的绘制方法（Image-Based Rendering.IBR）以图像作为基本的输入，在不进行几何模型重建的基础上合成虚拟视角下的图像，在视频游戏、虚拟旅行、电子商务、工业检测等领域有着非常广阔的应用前景，因此也是三维图形逼真绘制领域的一个研究热点。本发明所提出的基于图像的复杂三维模型绘制方法是一种IBR方法。

基于图像绘制的主要方法如下：

1.几何和图像混合建模和绘制方法(Hybrid Geometry and Image-based Approach)

PaulE.Debevec(参考文献1-PaulE.Debevec,camilloj.Taylor,Jitendra make.“Modeling and rendering architecture from photographs:a hybrid geometry and imaged-based approach”.In SIGGRAPH96Processing of the23^rdannual conference on computer graphics and interactive techniques.Page11-20)提出的几何和图像混合建模和绘制方法的主要步骤如下：

a.拍摄场景照片，交互指定模型的边缘；

b.生成模型的粗糙模型；

c.利用基于模型的立体视觉算法细化模型；

d.利用基于视点的纹理映射合成新视图。

此过程的实例如图4所示。这种方法的优点是简单快捷，可以通过拍摄少量的照片得到的新视图；缺点此过程还需要人为的指定模型的轮廓，只能适用于普通建筑物等外形规整的景物，不适用于复杂模型。

2.视图插值、变换的方法(View Interpolation、Transaction)

视图插值、变换方法直接利用参考点的照片生成虚拟视角下的图像。视图插值、变换方法（参考文献2-Geetha Ramachandran,Markus Rupp.“MultiView Synthesis From Stereo Views”.In IWSSIP2012,11-13April2012,PP.341-PP.345.参考文献3-Ankit K.Jain,Lam C.Tran,RamsinKhoshabeh,Truong Q.Nguyen,Efficient Stereo-to-Multiview Synthesis,ICASSP2011.PP.889-PP.892.参考文献4-S.C.Chan,A.C.Bovik,H.R.Sheikh,and E.P.SimomCelli,“Image-Based Rendering and synthesis”,IEEE Signal Process,Mag,vol.24,no.6,PP.22-PP.33）的输入是两个视角下的规整化的彩色图像与深度图像，输出的是位于两个参考点所决定的直线上(基线，Baseline)的虚拟视角下的图像，具体的过程如下：

a.立体匹配，生成最初的合成视角图像；

b.优化处理，根据边缘检测找到可能的空洞点；

c.填充生成合成视角所对应的深度图；

d.图像重建，根据深度图像填充彩色图像空洞。

此方法的实例如图5所示。这种方法的优点是过程简单，生成图像的信噪峰值比高(信噪峰值比(PSNR)，表征处理后的图像与处理前图像的相似度。信号峰值比越高，说明合成图像的真实度越强)，并且能够出色的填补空洞。但是此方法只能产生位于基线上的虚拟视角的图像，而且对图片进行规整化操作会引入投影误差，只能生成近似的中间图像。

发明内容