基于光度立體視覺的測量材質幾何特征重構.pdf

1、真實感渲染技術的應用越來越廣泛，對復雜材質的真實感渲染在動漫影視、廣告宣傳、產品輔助設計、服裝輔助設計等領域起著重要作用，是學術與應用領域研究與關注的熱點問題。在計算機圖形學中，對布料織物、皮膚等復雜材質的渲染難點在于，材質的高度真實感呈現依賴于其幾何建模以及材質建模。幾何建模描述物體的形狀特性，是構建物體表面的可見凹凸特征的宏觀幾何結構，而材質建模描述物體對光照的反射特性，是構建能夠影響高光分布的微觀幾何結構。相同幾何模型的不同物體，

2、由于表面幾何結構、材料、密度、顏色等屬性存在差異，在不同光照下會呈現出復雜而豐富的光學現象。將幾何建模與材質建模結合，雙向紋理函數（Bidirectional Texture Function, BTF）變成了一個很好的選擇。
　　BTF能夠定義與傳遞任意材質表面的唯一性，考慮光源和視點的因素，捕捉陰影、掩膜與復雜的非漫反射效果，使材質具有真實感，無人造痕跡。 BTF是一種6維的紋理表示方法，包括光源、視點、位置信息，采集、測量、

3、捕獲真實世界的各種材質的信息，將真實感材質表示為在變換光照和視角方向下的二維紋理。測量裝置對材質在不同光源與視角方向下捕獲的圖像序列，即為BTF數據，因而BTF可以被看成空間變換的BRDF和中觀-幾何結構的結合。本文旨于從BTF數據中重構材質的中觀幾何結構，包括物體表面的法向信息和深度信息，而重構的對象為毛衣織物、壁紙、窗簾等材質。
　　從圖像中重構材質的幾何特征，常采用計算機視覺中的三維重建方法，恢復物體表面的朝向，并根據表面的

4、梯度場信息來擬合曲面。常見的三維重建方法有Shape From X方法、光度立體視覺法(Photometric Stereo)、運動圖像序列法、立體視覺法等方法。其中，光度立體視覺的方法實現簡單且適用于任意近似漫反射表面的三維重建，能夠恢復出場景的細節(jié)信息，適合從BTF數據中重構測量材質的法向信息。但由于此方法的反射模型假設為理想的Lambert反射模型，而實際上輸入的圖像序列中都有非Lambert的異常部分，易受高光、陰影、噪聲等因素

5、的影響，使表面重建的結果出現偏差，存在低頻噪聲。且光度立體視覺對測量設備有嚴格要求，容易引入系統(tǒng)誤差。
　　為解決上述問題，本文基于光度立體視覺方法，提出了一種從BTF數據中重構測量材質幾何特征的優(yōu)化方法。利用材質在不同角度光源與視角下的BTF數據，去除圖像序列中高光、陰影、噪聲等對光度立體視覺方法的影響，從而重構出物體表面的朝向。再經由重構的法向信息計算出材質表面的梯度場，采用最小二乘的表面重建方法，新建一個離散表面，使它的梯度