基于幾何與圖像結合的虛擬場景繪制技術研究.pdf

1、隨著計算機視覺技術的進一步發(fā)展，虛擬場景的繪制技術研究已經(jīng)成為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的重要組成部分，傳統(tǒng)的基于幾何的虛擬場景造型方法的研究是以計算機圖形學為基礎，其特點是便于用戶與虛擬場景中的對象進行交互，并能對虛擬對象的深度信息進行直接獲取，且視點自由，但由于該方法的研究對于場景的幾何復雜度具有依賴性，難以在普通的硬件平臺上實現(xiàn)；同時，基于圖像的虛擬場景繪制方法中，利用圖像像素作為基本繪制元素，繪制速度獨立于場景復雜性，僅與圖像分辨率有關，且能

2、在低檔平臺上實現(xiàn)場景漫游，但該方法的研究中存在著缺少場景的深度信息，難以與場景進行交互的問題。所以，如何利用幾何與圖像結合的方法來構造虛擬場景是虛擬現(xiàn)實技術近幾年研究的一個主要問題，其中尚有很多問題需解決。本論文研究了基于幾何和圖像混合繪制策略中的一些相關的主要技術。
　　在虛擬場景建模技術的研究中，基于攝像機純旋轉運動的虛擬場景構建方法具有簡單方便的特點。在該方法研究中圖像拼接是主要技術之一。圖像拼接的主要問題是確定相鄰圖像間的

3、對應點，即圖像匹配，我們在第二章中提出了一種基于特征的圖像對應方法，由于充分利用了圖像的邊緣特征，大大提高了圖像的對應的速度；圖像對應中的邊緣特征的提取是一個重要的問題，傳統(tǒng)的邊緣提取方法不能滿足圖像對應的需要，我們提出了一種基于模板的區(qū)域權值標記邊緣檢測方法(Template Based Area Weight Signing Edge Detection Method簡稱TBAWSEDM)，在此基礎之上研究了一種基于特征的快速點對應

4、策略，將對應點的確定范圍限定在邊緣的范圍內進行，加快了圖像對應的速度，提高了圖像點對應的準確性。
　　在虛擬場景混合繪制技術研究中，由于三維空間中物體的成像與攝像機的內外參數(shù)是密切相關的，我們提出了一種基于圓環(huán)點的攝像機自標定方法。在三維攝影空間中，無窮遠平面上的點構成了絕對二次曲線，由于二次曲線的像包含了攝像機的內部參數(shù)信息，我們利用了圓環(huán)點的像在二次曲線上的攝影幾何特性，從而確定攝像機的內部參數(shù)，進而求取攝像機運動的外部參數(shù)。

5、利用該方法準確方便地確定了攝像機的內外參數(shù)，由于該方法克服了模板上點與圖像點的匹配問題，同時也避免了幾何圖元的檢測和擬合所帶來的誤差，所以得到了更魯棒的標定結果。
　　鑒于虛擬場景的混合繪制中，無論是利用圖像進行重構的三角形片面還是造型得到的三角形片面，如果在場景中三角形片面的數(shù)量太大，就會影響場景的繪制速度，我們研究了傳統(tǒng)的幾何模型簡化算法中存在的問題，鑒于模型的不同細節(jié)區(qū)域在簡化前后需要保持細節(jié)特征的需要，我們利用模型的區(qū)域特

6、性，提出了基于多區(qū)域并行的幾何模型簡化算法，在研究中，首先需要對幾何模型進行按照細節(jié)特性進行區(qū)域劃分，我們分別提出了基于頂點作為種子和基于三角形作為種子進行擴展的區(qū)域分割方法，對幾何模型有效地進行了區(qū)域分割處理。在此基礎之上提出了一種基于多區(qū)域并行的三角形網(wǎng)格模型簡化的兩步法，對于不同的區(qū)域采取按照比例進行簡化的并行機制，在保持模型細節(jié)的基礎上，大大地加快了模型的簡化速度。
　　在虛擬場景混合繪制策略中，恢復場景的三維信息是至關重

7、要的，我們對場景深度信息的恢復進行了研究，提出了一種在攝像機旋轉條件下虛擬場景深度的計算方法，把全景圖中的列像素看作是狹縫圖像，利用在極平面與場景柱面交得的二次曲線上搜索的方法來求得垂直視差；為了能夠快速、準確地進行密集對應，利用深度的連續(xù)性，提出了一種遞推法求取水平視差的新方法；將全景圖像的密集對應問題降維在二次曲線上解決；利用空間的三個視點處的全景圖像有效地解決了深度計算中的遮擋問題，從而有效地進行了虛擬場景深度的計算。研究中采用了