高動態(tài)范圍圖像編碼及光照技術(shù)研究.pdf

1、由于高動態(tài)范圍(high dynamic range，HDR)圖像在視覺效果上的優(yōu)秀表現(xiàn)，給計算機圖形學相關(guān)領(lǐng)域帶來翻天覆地的變化。隨著計算機圖形學的發(fā)展，HDR技術(shù)的應(yīng)用將越來越盛行，但目前市面上大多數(shù)顯示設(shè)備只能用于顯示低動態(tài)范圍(lowdynamic range，LDR)圖像，因此，設(shè)計一種兼容高動態(tài)范圍圖像與低動態(tài)范圍圖像的方法顯得尤為重要。本文的第一個任務(wù)就是提出一種HDR圖像的兼容性編碼方法，一方面使得HDR圖像的色調(diào)映射格

2、式能在傳統(tǒng)顯示器上讀取顯示，同時將HDR信息隱藏在LDR圖像的頭文件中;另一方面可以通過反色調(diào)映射(inverse tonemapping operator，iTMO)，并借助LDR圖像的頭文件信息來恢復HDR圖像。當應(yīng)用只針對LDR圖像時，只需提取文件中的一部分即可顯示色調(diào)映射后的圖像，當應(yīng)用針對HDR圖像時，對儲存的文件進行反色調(diào)映射變換即可。
　　本文兼容性編碼模型中，一個關(guān)鍵步驟是反色調(diào)映射算法的設(shè)計。反色調(diào)映射變換用于將

3、LDR圖像轉(zhuǎn)換為HDR圖像，本文提出一種基于頻域分離的反色調(diào)映射算法，目的是保留圖像的細節(jié)及局部對比度。頻域分離通過雙邊濾波器實現(xiàn)，隨后低頻域部分圖像執(zhí)行線性擴展和能量增強運算，最后與圖像的高頻域部分合并，生成HDR圖像。實驗證明，本文提出的算法優(yōu)于許多其他算法。
　　基于圖像的光照(image based lighting，IBL)技術(shù)幫助人們將計算機生成的3D物體整合到真實場景中，IBL技術(shù)運用HDR圖像作為光源，是HDR技術(shù)

4、的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。傳統(tǒng)的IBL模型較為簡單，難以達到理想的渲染效果，這是因為傳統(tǒng)的IBL技術(shù)很少考慮從計算機合成體投射到環(huán)境的陰影及反射光線。因此，本文的另一個任務(wù)是改進傳統(tǒng)的IBL技術(shù)，將計算機合成體與周圍環(huán)境的相互影響考慮到全局光照模型中，該思路可以通過為計算機合成體構(gòu)造支撐面來實現(xiàn)，合成體的陰影及反射光線將通過支撐面來展現(xiàn)。改進的基于HDR圖像的光照技術(shù)還可以依個人喜好，通過紋理移植的方法來輕微改動背景圖像?？梢詫⑸傻募y理儲存