基于圖像的室外場(chǎng)景光照估計(jì)與陰影合成.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是近二十年來興起的一項(xiàng)新技術(shù)，在醫(yī)療手術(shù)、文化遺產(chǎn)保護(hù)、工業(yè)維修、游戲娛樂等方面都有著很高的應(yīng)用價(jià)值。它借助計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)生成現(xiàn)實(shí)環(huán)境中不存在的虛擬對(duì)象，通過顯示設(shè)備將虛擬對(duì)象與真實(shí)環(huán)境融為一體，從而呈現(xiàn)給使用者一個(gè)感官效果真實(shí)的新環(huán)境。
　　場(chǎng)景的光影條件決定了物體的外觀，因此獲取真實(shí)場(chǎng)景的光影信息以實(shí)現(xiàn)虛擬物體同真實(shí)場(chǎng)景的光照一致性和合成一致性對(duì)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的真實(shí)感起著至關(guān)重要的作用。本文針對(duì)室外場(chǎng)景，研究了如何從固

2、定視點(diǎn)視頻或圖像中恢復(fù)場(chǎng)景的光照及陰影條件，有效解決了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中所面臨的光照一致性和和合成一致性問題，論文主要貢獻(xiàn)如下:
　　提出了一種基于區(qū)域選擇的室外場(chǎng)景在線視頻光照估計(jì)框架。與之前方法不同，該方法無需重建場(chǎng)景幾何或者存儲(chǔ)大量先驗(yàn)數(shù)據(jù)，僅需在初始化階段交互選擇若干具有特殊法向的區(qū)域，便可實(shí)現(xiàn)光照參數(shù)的在線計(jì)算。在線運(yùn)行時(shí)，更多具有相同法向的區(qū)域?qū)⒈贿x出，通過優(yōu)化處理以提高算法的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。此外，該方法還可應(yīng)用于相機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的

3、室外場(chǎng)景光照參數(shù)在線計(jì)算。
　　提出了一種無陰影條件下的室外場(chǎng)景固定視點(diǎn)視頻實(shí)時(shí)光照估計(jì)方法。方法移去了前一工作的兩個(gè)約束:(1)要求畫面中存在一定面積的陰影區(qū)域;(2)假設(shè)天空光均勻分布，從而可適用的室外場(chǎng)景范圍更廣。算法利用已知表面的幾何和材質(zhì)信息通過求解一含約束最小二乘問題實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景光照的計(jì)算。此外，還巧妙的將天空光分布信息融入了遮擋因子，去除了天空亮度均勻分布的假設(shè)，減少了由于天空光分布發(fā)生變化給光照求解帶來的影響。

4、>　　提出了一種基于單幅室外圖像的光照求解算法。前兩項(xiàng)工作由于忽略了場(chǎng)景中景物對(duì)整體光照的貢獻(xiàn)，無法模擬鏡面反射等較為復(fù)雜的表面效果，本方法較全面地考慮了室外光照的各項(xiàng)因素，可以恢復(fù)包含周圍景物環(huán)境光在內(nèi)的復(fù)雜光照條件，從而得到更具真實(shí)感的繪制結(jié)果。方法采用球面調(diào)和函數(shù)將室外光照模型簡(jiǎn)化為僅含六個(gè)光照參數(shù)的簡(jiǎn)單模型，在恢復(fù)了場(chǎng)景中部分表面的材質(zhì)系數(shù)后，僅通過求解線性問題便可獲取光照參數(shù)，具有較高的運(yùn)行效率，這種線性結(jié)構(gòu)也使該方法具有在線