基于室外場景的光照分析.pdf

1、增強現(xiàn)實是近年來迅速興起的一個研究熱點,它將計算機渲染生成的虛擬景物實時地疊加到一個真實場景中,通過虛擬信息和真實信息的無縫融合,創(chuàng)造出一個和諧統(tǒng)一的環(huán)境。由于具有對真實環(huán)境進行增強顯示的特性,因此這項技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)、軍事訓(xùn)練、醫(yī)療手術(shù)、電影電視行業(yè)以及文化遺產(chǎn)保護等領(lǐng)域都有獨特的優(yōu)勢,但是,為了要達到虛實場景的完美無縫融合,增強現(xiàn)實技術(shù)中仍有很多問題要解決。其中,保證虛擬物體與真實場景的光照一致性對室外場景虛實融合的真實感具有十分

2、重要的作用。
　　室外場景的光照估計是計算機視覺領(lǐng)域的一個重要研究課題,近年來受到越來越多學(xué)者的關(guān)注,它在本征圖像分解、目標(biāo)跟蹤、增強現(xiàn)實等領(lǐng)域都有著重要意義。在增強現(xiàn)實技術(shù)中,虛擬物體跟真實場景共享同一個光照環(huán)境,虛擬物體的外觀應(yīng)與真實場景中的物體變化一致并應(yīng)滿足整體的協(xié)調(diào)性,當(dāng)真實場景的光照發(fā)生變化時,比如有云彩飄過,遮住太陽,光照會變?nèi)?虛擬物體的光照也要隨之改變,否則,這種光照的不一致性會影響場景的真實效果以及虛實物體的無

3、縫融合。
　　為了保證虛實場景的光照一致性,本文提出一種基于圖像分解的對固定視點所拍攝的一系列室外場景圖像進行光照分析的算法,并針對現(xiàn)有算法的不足提出一系列新的解決方法,主要貢獻有:
　　(1)通過對圖像序列進行分析,采用k-means聚類方法得到真實場景的初始陰影函數(shù),從中得到一些確定為陰影區(qū)或光亮區(qū)的像素,并基于這些已知陰影函數(shù)的像素點來進行下一步的求解工作。
　　(2)假設(shè)天空光在一天內(nèi)是均勻變化的,將一幅室外場

4、景圖像表示成太陽光基圖像和天空光基圖像的線性組合,其組合系數(shù)就是所要求解的太陽光和天空光強度。
　　(3)通過預(yù)先求得的陰影函數(shù),提出了兩種方法來求解天空光基圖像:一是拼湊法,二是最小能量優(yōu)化法,并依次求出太陽光基圖像和相應(yīng)的光照強度,并把天空光強度系數(shù)和太陽光強度系數(shù)進行歸一化,為后面虛擬物體的渲染提供了一個統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)。
　　(4)本算法不需要假設(shè)場景的表面為漫反射表面,可以處理鏡面反射,在求得的太陽光基圖像中會包含鏡