基于GPU的全景與TIP技術(shù)的研究與開發(fā).pdf

1、近年來，隨著計算機硬件的快速發(fā)展，虛擬技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，成為國內(nèi)外科技界關(guān)注的一個熱點。它是利用計算機生成一個逼真的三維虛擬環(huán)境，通過自然交互方式使用傳感設(shè)備與之相互作用的新技術(shù)。在工業(yè)設(shè)計與制造、教育培訓(xùn)、軍事模擬與戰(zhàn)場仿真、遠(yuǎn)程醫(yī)療與外科手術(shù)、娛樂與游戲方面都發(fā)揮著不可替代的作用。
　　 基于圖像的繪制(Image-Based Rendering，IBR)技術(shù)是虛擬現(xiàn)實的一個分支，輸入一組采自真實場景的圖像，按照一定的算

2、法處理后合成新視點圖像。該技術(shù)是傳統(tǒng)計算機圖形學(xué)與計算機世界的有機結(jié)合，大大改善了基于傳統(tǒng)圖形學(xué)建模的缺點——建模復(fù)雜、耗費大量人力物力、繪制速度慢。另外，IBR還能獲得照片級的真實感效果，所以近幾年IBR技術(shù)得到了長足的進(jìn)步，各種技術(shù)相繼開發(fā)了出來，其中比較具有代表性的就是全景漫游技術(shù)和畫中游(TourInto the Picture)技術(shù)。
　　 全景漫游技術(shù)是基于圖像繪制技術(shù)的一種，它是利用光學(xué)圖像構(gòu)建數(shù)據(jù)模型從而進(jìn)行虛擬

3、場景的繪制。在繪制的效率和效果方面，相比于傳統(tǒng)圖形學(xué)方法有著巨大的優(yōu)勢。常見的全景圖像模型有三種實現(xiàn)方式：球面、多面體和最常見的柱面全景模型。其中柱面全景模型因為其圖像質(zhì)量均勻，表現(xiàn)的細(xì)節(jié)真實程度高和處理相對簡單等優(yōu)點，其應(yīng)用范圍大大超過另外兩種。柱面全景技術(shù)主要包括三個方面的內(nèi)容：全景實景圖拍、全景圖片序列的拼接和漫游。本文將柱面全景漫游技術(shù)與TIP畫中游技術(shù)相結(jié)合，改善柱面全景漫游缺乏立體感、沉浸感的缺點，生成更加生動的虛擬世界。<

4、br>　　 畫中游(Tour Into the Picture)技術(shù)是基于圖像繪制(IBR)的另一種具有代表性的技術(shù)，最早由Horry等人于1997年在SIGGRAPH上提出來的。它的主要思想是從圖像中恢復(fù)場景的偽3D模型，然后在其中漫游。首先，用戶交互性的設(shè)定蜘蛛網(wǎng)格和火點的位置；然后，利用設(shè)定好后得到的數(shù)據(jù)信息構(gòu)建整個三維場景。
　　 這幾年，計算機硬件技術(shù)以小可思議的速度發(fā)展，其中最顯著的就要算是圖形顯示卡的快速發(fā)展了。

5、從1999年Nvidia公司推出第一款集成了T&L(多邊形變化和光照計算，Transformation＆Lighting)的Geforce256到目前最新的Geforce9800GX2具有雙GPU的顯卡。短短不到十年間，顯卡的發(fā)展速度幾乎超過了摩爾定律所規(guī)定的每18個月，性能提升一倍的發(fā)展周期。隨著硬件的快速發(fā)展，大量原本屬于CPU的運算任務(wù)轉(zhuǎn)移到GPU中進(jìn)行處理。目前，不僅僅是圖形繪制運算轉(zhuǎn)移到GPU中進(jìn)行，許多通用計算同樣被聰明的研

6、究人員轉(zhuǎn)移了過來。
　　 本文的主要貢獻(xiàn)在于把全景漫游技術(shù)與TIP畫中游技術(shù)結(jié)合起來，開發(fā)出既有全局360度漫游(全景漫游)，又有局部三維漫游(TIP漫游)的運行在互聯(lián)網(wǎng)上的漫游系統(tǒng)。用戶首先進(jìn)行360度全景漫游，當(dāng)對某部分場景非常感興趣時，通過交互式設(shè)定必要的參數(shù)就可以進(jìn)行TIP漫游，享受具有真實感、沉浸感的三維立體漫游。在實現(xiàn)TIP漫游的時候，又適時引入基于GPU的TIP繪制技術(shù)，大大改善TIP模型繪制速度，提高了實時性，使