基于圖像的虛擬環(huán)境建模技術(shù)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)虛擬場(chǎng)景的繪制技術(shù)的研究已經(jīng)成為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)研究的重要組成部分。傳統(tǒng)的基于幾何的虛擬場(chǎng)景造型方法的研究是以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為基礎(chǔ)，其特點(diǎn)是便于用戶與虛擬場(chǎng)景中的對(duì)象進(jìn)行交互，并能直接獲取虛擬形體的深度信息，且視點(diǎn)自由，但由于該方法的研究對(duì)于場(chǎng)景的幾何復(fù)雜度具有依賴性，難以在普通的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。而基于圖像的虛擬場(chǎng)景繪制方法是利用圖像像素作為基本的繪制元素，繪制速度獨(dú)立于場(chǎng)景復(fù)雜性，僅與圖像的分辨率有關(guān)。所以

2、，當(dāng)前針對(duì)虛擬場(chǎng)景建模方法的研究主要集中在圖像建模領(lǐng)域，尤其是基于圖像的繪制(IBR)技術(shù)和基于圖像的建模(IBM)技術(shù)。
　　 鑒于自然界中植物形體的高復(fù)雜性，傳統(tǒng)的建模方式通常是基于過(guò)程的，在對(duì)模型的交互式控制上存在一定的困難：參數(shù)太少，不足以描述植物形體的形態(tài)特征；參數(shù)太多，模型難以生成和理解。采取過(guò)程建模與基于圖像繪制相結(jié)合的方法可在一定程度上緩解該問(wèn)題。本文第二章在生成植物形體的過(guò)程中，利用Bezier曲線作為頂點(diǎn)控制

3、曲線，采用軸變形方法生成形態(tài)各異、效果逼真的樹(shù)干和分枝。對(duì)于葉片的生成，先采用Bezier參數(shù)曲線描述葉子中脈的形狀，然后把樹(shù)葉或草葉構(gòu)成的星形結(jié)構(gòu)紋理圖像嵌入到葉脈參數(shù)曲線的局部標(biāo)架中。通過(guò)將幾何模型的多樣性與圖像紋理的多樣性相結(jié)合，產(chǎn)生出各種各樣的植物形體，實(shí)現(xiàn)植物形體的快速繪制。結(jié)合自然風(fēng)力模型和快速紋理合成技術(shù)可快速繪制風(fēng)力場(chǎng)作用下的動(dòng)態(tài)植物場(chǎng)景。
　　 針對(duì)大規(guī)模復(fù)雜虛擬場(chǎng)景快速建模問(wèn)題，本文第三章將其進(jìn)行合理分解，提

4、出一種基于多視點(diǎn)照片序列的，針對(duì)非規(guī)則形體進(jìn)行建模處理的方法，避免了利用三維建模軟件直接進(jìn)行幾何繪制周期較長(zhǎng)、難于繪制，以及難于應(yīng)用三維重建等方法的諸多問(wèn)題，是一種行之有效的應(yīng)用方法。該方法在三維場(chǎng)景中，可實(shí)時(shí)追蹤瀏覽者的視點(diǎn)位置、動(dòng)態(tài)投影對(duì)應(yīng)照片，在實(shí)際應(yīng)用中可以達(dá)到較好的視覺(jué)效果。
　　 三維重建是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要分支，有著廣泛的應(yīng)用?；趫D像的三維重建技術(shù)可以直接從圖像中提取紋理、可簡(jiǎn)單快捷的重構(gòu)出高度真實(shí)感的三維模型，

5、從而受到了廣泛的關(guān)注。
　　 針對(duì)規(guī)則形體的三維重建問(wèn)題，本文第四章先通過(guò)特征提取和交叉匹配獲得足夠多的特征點(diǎn)；然后對(duì)采集到的特征點(diǎn)以協(xié)方差為相似性度量，利用初始匹配算法獲得初始匹配點(diǎn)集合；對(duì)匹配過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤匹配點(diǎn)采用松弛匹配和最小中值法相結(jié)合的方法，進(jìn)行分步匹配來(lái)剔除。然后通過(guò)空間點(diǎn)重建和表面重建法重建出目標(biāo)對(duì)象的三維模型，并從采集的圖像中提取真實(shí)紋理，對(duì)圖像進(jìn)行二維三角化，三角化的二維點(diǎn)列再映射到三維空間，為三維模型添加

6、紋理，得到具有真實(shí)感的外觀模型。
　　 針對(duì)不規(guī)則形體的建模問(wèn)題，本文第五章詳細(xì)研究了三維網(wǎng)格表面重建，從圖像中獲取物體的三維表面點(diǎn)信息，進(jìn)而對(duì)表面點(diǎn)進(jìn)行三角網(wǎng)格化，從而恢復(fù)出具有真實(shí)感的三維物體的網(wǎng)格表面模型。為滿足真實(shí)感效果和重建精度，首先進(jìn)行了攝像機(jī)自定標(biāo)，通過(guò)基礎(chǔ)矩陣和Kruppa方程計(jì)算得到攝像機(jī)的內(nèi)外部參數(shù)；然后給出了搜索三維物體表面點(diǎn)的算法，通過(guò)判斷空間點(diǎn)與圖像陰影的位置關(guān)系確定物體表面點(diǎn)，從而搜索得到物體的三維表