虚拟现实设计图像建模-鼎炫科技

时间：2018-10-16

虚拟现实设计由于几何建模实现真实感图像非常复杂，具有建模开销大、实时绘制慢，并且浪费大量的人力和物力等缺点，用图片代替传统的几何输入进行建模和图像合成被大家所喜爱，即虚拟现实设计图像建模和绘制技术（Image Base Modeling and Rendering，IBMR)。顾名思义，IBMR是指用预先获取的一系列图像（合成的或真实的）来表示场景的形状和外观，新图像的合成是通过适当的组合和处理原有的一系列图像来实现。与基于几何的建模和绘制模式相比，IBMR有以下突出的优点。

虚拟现实设计图像建模的优点
•建模容易。拍照容易，照片细节精细，不仅能直接体现真实景物的外观和细节，而且能从照片抽取出对象的几何特征、运动特征等。IBMR是把不同视线方向、不同位置的照片组织起来表示场景，如全景图像（panoramic image)和光场（light field)。
•真实感强。图像既可以是计算机合成的，也可以是由实际拍摄的画面缝合而成，两者可以混合使用，能较真实地表现景物的形状和丰富的明暗、材料及纹理细节，可获得较强的真实感。
•绘制速度快。IBMR方法只需要离散的图片采样，绘制时只对当前视点相邻的图像进行处理，其绘制的计算量不取决于场景复杂性，而仅仅与生成画面所需要的图像分辨率相关。所以，绘制图形对计算资源的要求不高，仅仅需要较小的计算开销，有助于提高系统的运行效率。
•交互性好。由于有绘制速度和真实感的保证，再加之先进的交互设备和反馈技术，使得基于图像的VR有更好的交互性。
基于图像的绘制技术是基于一些预先生成的场景画面，对接近于视点或视线方向的画面进行交换、插值与变形，从而快速得到当前视点处的场景画面。基于图像的建模方法（IBR) 的相关技术主要有两种：全景图建模技术和图像插值及视图变换技术。

虚拟现实设计图像建模：全景图建模技术
全景图建模技术是指在一个场景中选择一个观察点，固定广角照相机或摄像头，然后在水平方向每旋转一个固定大小的角度（满足相邻照片的重叠部分达到20%以上）拍摄得到一组照片（通常12张以上)，再采用特殊拼图工具软件拼接成一个全景图像。所示为采用广角照相机所拍摄的4张照片，所示为采用全景图制作软件合成的室内全景图。所示为数字航空航天博物馆的全景图。全景图所形成的数据较小，对计算机要求低，适用于桌面型虚拟现实系统，建模速度快。但照相机的位置被固定在一个很小的范围内拍摄，所以观察的视点固定不动，视线做上下、左右及前后任意转动，交互性较差。

虚拟现实设计图像建模：图像插值及视图变换技术
图像插值及视图变换技术是根据在不同观察点所拍摄的图像，以相邻的两个参考图像所决定的直线为基准，交互地给出或自动得到相邻两个图像之间的对应点，采用插值和视图变换的方法求出对应于其他点的图像，生成新的视图。
图像插值及视图变化技术包括两个关键问题：一个是图像变换（image warping),即从已知图像的对应特征（点或线）推演出一组相应的变换函数（warp function),也称为传递函数(transitionfunction)。在图像变形过程中，一组传递函数使源图像沿着目标图像的方向扭曲，WS!、…、WS,.、…、\^„等都为中间图像。同时另一组传递函数又使目标图像沿相反方向扭曲变形，WEi、…、WE;、…、WE„等都为逆中间图像。这两列中间图像形成了两个相对的时间序列。色彩变换是另一个关键问题，与图像变化相反，它只改变像素的色彩，而不改变其坐标。色彩变换将两个图像序列中位于同一时刻的两幅变形中间图像融合成该时刻的一个中间图像，如图3.11所示，Ii、…、I,、…、1„中间图像分别是序列WSi、…、 WS,•、…、WS„和序列WEi、…、WE,、…、WE„融合而成的。
对于图像变换方法的算法很多，最流行的方法有基于网格的图像变换算法、基于域的图像变换算法和小波变换算法。基于网格的图像变换算法是首先在源图像和目标图像中指定一组对应网格点，并利用网格点拟合样条形成一对可视的样条网格。把网格看作坐标系统，则图像的变换就可以看作一组网格内一个坐标系向另一个坐标系的变换。基于域的图像变换算法是首先利用源图像和目标图像中对应的位置求得几何特征线段集，然后根据每个点的移动都会受到多条线段的影响，通过加权平均每个特征线段对该点位置的改变来计算每个点在变换时的位置。基于网格和基于域的图像变换算法有一个共同的特点是非常耗时，计算时间取决于图像分辨率和特征数目。由此，提出了小波变换算法。关于小波变换算法可以查看相关的图形学书籍。

虚拟现实设计图像建模：图像插值与视图变换技术步骤
对于采用图像插值与视图变换技术进行对象建模，可分为以下几步。
1.采样。使用照相机或者摄像头等光捕捉设备，从不同的角度对物体进行拍摄，获得所需要的照片样本。
2.立体匹配。即获取两幅图像之间的变换函数，这是几个步骤中最困难的一个。由对应特征（点或线）构造从第一幅图像到第二幅图像之间的映射函数。再根据变换函数在第二幅图像中找到第一幅图像的其余的特征点或线。

虚拟现实设计图像建模步骤3.插值与视图变换。利用插值与视图变换算法生成中间图像，这些中间图像感觉像是虚拟照相机拍摄的。4.优化处理。目的是使图像边缘的表现更完美。虚拟现实设计图像建模仅是鼎炫科技http://www.dingxuankeji.com/一家之说，仅供参考。

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