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虚拟环境中图像对象的建模与表现技术研究

作　者: 宋汉辰
导　师: 吴玲达
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 管理科学与工程
关键词: 基于图像的对象对象视域模型视图合成图像校正虚拟环境真实感表现
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 395次
引　用: 7次
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内容摘要

逼真、高效地表现对象是实现虚拟环境系统真实感的关键问题之一,在复杂虚拟环境中,基于几何模型的对象表现常常受到对象建模与绘制复杂性的限制。本文将基于图像的建模与绘制技术应用到虚拟环境中对象的表现中,以提高虚拟环境的构建和渲染效率,增强对象表现的真实感。本文通过研究视图合成的关键技术,建立了基于二视、三视合成的对象视域模型,并提出了虚拟环境中图像对象的表现方法,研究了增强图像对象真实感的若干关键问题。本文的主要贡献体现在以下几个方面: (1)提出了视图合成技术的部分关键算法。提出了一种基于图像分块和连通子集约简的离散特征点探测算法,并分别针对二视图和三视图,综合多约束条件计算匹配点集,进行基础矩阵和三焦距张量的估计。在图像校正过程中,分析了校正重采样效应的成因,建立了重采样效应的评估函数,提出了图像校正不变量的概念和对应的图像校正修正方法。在校正图像对上,提出了一种基于边界流的图像稠密匹配和视图合成方法。 (2)建立了分别以三视合成和二视合成技术为基础的对象视域模型。提出了一种将环绕对象的球形表面划分为若干区块的采样方法,在上述关键技术研究的基础上,建立起了以三视合成和二视合成为基础的对象视域模型。它们分别以多球带上样本相机中心连线的三角形视域面片构成视域凸包,或以同一球带上相机中心构成视域多边形,从而以对象的有限离散样本获得凸多面体或凸多边形上的任意视点的对象观察。 (3)提出了虚拟环境中图像对象的表现方法及影响对象真实感的若干重要问题,并给出了对应的解决方案。将虚拟环境中影响图像对象表现的因素归纳为地形、对象位置和视点位置。提出了以视图载体实现对象在虚拟环境中的定位、通过对象视域模型生成对象视图、并将对象视图作为纹理在视图载体上进行映射实现对象表现的图像对象表现方法。在对象真实感表现方面,重点讨论了图像对象与地形的匹配、阴影生成、包围盒生成三方面的问题。对三种地形匹配方法及其适用范围进行了讨论,提出了图像对象与地形匹配的具体方法:提出了一种任意光照条件下基于曲面纹理映射的图像对象阴影生成方法;实现了一种由对象样本集和视图载体共同确定对象包围盒的方法。 (4)建立了原型系统,对图像对象的建模与表现理论、算法进行了验证和应用。对视图合成、虚拟环境中的对象嵌入、对象真实感表现等关键技术进行了实验并取得了满意的结果。建立了基于图像的对象建模与表现原型系统,实现了可重用的视图合成引擎和对象生成引擎,并在相关项目中得到了应用。综上所述,本文研究了图像对象视图合成的关键技术,提出了建模方法,实现了对象在虚拟环境中的真实感表现。这些研究丰富了基于图像的建模与渲染技术体系,同时相关的关键技术也为立体视觉、三维重建等研究提供了一定的理论和实践基础。

全文目录

目录  4-6
图目录  6-8
表目录  8-10
摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
第一章绪论  14-31
  1.1 立题背景  14-17
  1.2 国内外研究现状与发展趋势  17-27
  1.3 论文的主要工作和创新点  27-29
  1.4 论文的组织  29-31
第二章离散特征点探测与对极几何估计  31-50
  2.1 离散特征点探测  31-37
  2.2 基于多约束的特征点集匹配  37-42
  2.3 对极几何约束  42-43
  2.4 基础矩阵线性估计算法概述  43-44
  2.5 基于点集约简的基础矩阵估计  44-48
  2.6 本章小结  48-50
第三章基于对极几何的视图合成  50-69
  3.1 校正视图插值的透视合理性  50-51
  3.2 基于校正不变量的图像校正方法  51-63
  3.3 基于边界流的视图合成  63-68
  3.4 本章小结  68-69
第四章三视图合成  69-81
  4.1 三视图特征点探测与匹配  69-71
  4.2 三焦距张量估计  71-73
  4.3 三视图校正  73-77
  4.4 三视图合成  77-79
  4.5 实验结果  79-80
  4.6 本章小结  80-81
第五章基于图像的对象视域模型  81-95
  5.1 引言  81-82
  5.2 对象采样设计  82-86
  5.3 样本集处理与存储  86-88
  5.4 基于三视合成的对象视域模型  88-92
  5.5 基于二视合成的对象视域模型  92-94
  5.6 本章小结  94-95
第六章虚拟环境中基于图像的对象真实感表现  95-121
  6.1 虚拟地形环境的生成  95-101
  6.2 虚拟环境中图像对象的嵌入  101-104
  6.3 图像对象与地形的匹配  104-109
  6.4 基于图像的对象阴影计算  109-117
  6.5 图像对象的包围盒  117-119
  6.6 本章小结  119-121
第七章基于图像的对象建模与表现原型系统  121-133
  7.1 系统概述  121-123
  7.2 系统实现  123-130
  7.3 系统应用验证  130-133
第八章结束语  133-137
  8.1 论文的主要贡献  133-135
  8.2 进一步的工作  135-137
致谢  137-138
参考文献  138-145
附录A 作者发表的论文、出版著作及科研成果获奖情况  145-147
   1.【论文】  145-146
   2.【科研项目及科技成果奖】  146-147
附录B 文中术语英汉对照表  147-149
附录C 符号表  149-150

虚拟环境中图像对象的建模与表现技术研究

内容摘要

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