条纹理映射

提出一种新的基于图像绘制的方法，能高效地利用图形硬件进行加速，避免成像过程中烦人的空洞填补计算,高质量地反映物体表面的三雏凹凸细节及视差变化．该方法首先为源深度图像中每个像素生成一个条状的纹理(条纹理)，即根据一个像素及其邻近像素的深度值，沿着深度方向为该像素插值生成多个具有不同深度值的点，它们一起构成谊像素的条纹理；然后，绘制时利用图形硬件的纹理映射直接处理这些条纹理.由于各个像素的条纹理的集合可以构成源场景的近似连续三维表示,从而大大增强了源深度图像表达三维模型细节的能力，而且成像时不必进行空洞填补的计算.与已有的同类方法相比，新方法的空间需求小，成像速度快，并且成像质量很高．     

运用层次纹理映射的基于图像绘制算法

提出一种基于图像绘制(image-basedrendering,简称IBR)的算法,以发挥图形卡的纹理映射功能,并能表现物体表面的三维凹凸细节.首先将深度图像的像素按其相关深度分为多层纹理图像,然后利用纹理映射的硬件支持,将这些层次纹理图像依次投影到与视点相关的成像面上,以得到所需目标图像.为了避免目标图像上出现空洞,在生成时,将纹素在深度层次上进行扩展.由于层次纹理图像需要较大的存储空间,并且在装入纹理缓冲时要花费大量时间,为此还提出一种基于压缩层次纹理图像的目标图像生成算法.实验表明新算法是有效的,尤其适于处理与整个物体大小相比深度层次不太多的三维景物,如有表面凹凸纹理(浮雕、门窗等)的建筑物表面等.     

基于GPU的球面深度图实时绘制

提出了一种GPU加速的实时基于图像的绘制算法.该算法利用极坐标系生成对物体全方位均匀采样的球面深度图像;然后根据推导的两个预变换公式将单幅球面深度图像预变换到物体包围球的一个与视点相关的切平面上,以生成中间图像;再利用纹理映射生成最终目标图像.利用现代图形硬件的可编程性和并行性,将预变换移植到Vertex Shader来加快绘制速度;利用硬件的光栅化功能来完成图像的插值,以得到连续无洞的结果图像.此外,还在Pixel Shader上进行逐像素的光照以及环境映射的计算,生成高质量的光照效果.最终,文章解决了算法的视点受限问题,并设计了一种动态LOD(Level of Details)算法,实现了一个实时漫游系统,保持了物体间正确的遮挡关系.     

基于图像的实时漫游

提出了一个点和多边形模型混合的场影表达方式，从而实现了对复杂场景的视点不受限制的实时漫游。它从多幅带深度的参考图像出发，在预处理阶段区别对待场景中平面物体和曲面物体在参考图像中的对应像素。对于在参考图像所占区域较大的空间平面，用传统的多边形模型方式对其进行表达，试图恢复出其平面方程，然后通过采样密度比较和重采样过程，将该空间平面在所有参考图像中的出现合并成一个均匀采样的纹理图像；而对于空间曲面或在参考图像中所占面积较小的平面，使用点的形式对其进行表达，通过采样密度的比较去掉冗余的点，将保留下来的点按其空间位置进行聚类。同时，对于场景中那些不被所有参考图像所拍摄到而在漫游过程中可能形成空洞的部分，提出一个空洞预填补技术，在预处理阶段即对这类空洞进行填补，从而大大较少了漫游阶段出现空洞的几度。在漫游阶段则使用纹理映射和点Warping的方式进行绘制，以充分利用图形硬件的加速功能。     

基于图像的实时漫游

提出了一个点和多边形模型混合的场景表达方式,从而实现了对复杂场景的视点不受限制的实时漫游.它从多幅带深度的参考图像出发,在预处理阶段区别对待场景中平面物体和曲面物体在参考图像中的对应像素.对于在参考图像所占区域较大的空间平面,用传统的多边形模型方式对其进行表达,试图恢复出其平面方程,然后通过采样密度比较和重采样过程,将该空间平面在所有参考图像中的出现合并成一个均匀采样的纹理图像;而对于空间曲面或在参考图像中所占面积较小的平面,使用点的形式对其进行表达,通过采样密度的比较去掉冗余的点,将保留下来的点按其空间位置进行聚类.同时,对于场景中那些不被所有参考图像所拍摄到而在漫游过程中可能形成空洞的部分,提出一个空洞预填补技术,在预处理阶段即对这类空洞进行填补,从而大大减少了漫游阶段出现空洞的几率.在漫游阶段则使用纹理映射和点Warping的方式进行绘制,以充分利用图形硬件的加速功能.     

面向虚拟场景的深度全景视频绘制技术

高度复杂的三维场景通常包含几千万甚至上亿个三角形和丰富的纹理,大大超过了目前图形硬件的处理能力。传统基于几何的绘制系统通过牺牲画面质量来实现场景的快速绘制。与此不同,基于图像的绘制技术利用逼真的图像序列来生成高质量的目标画面。研究面向虚拟场景的IBR(Image-Based Rendering)技术来克服现有方法的不足,提出以深度全景视频DPV作为场景表示的基本单元,通过多段深度全景视频组成的深度全景视频网络来表示虚拟场景的漫游区域,它允许视点在漫游平面的封闭区域内连续运动。绘制算法根据目标视点参数计算深度全景视频环中对目标图像有贡献的候选区域,综合利用GPU的强大处理能力和浮点格式的绘制目标,以及多幅深度图像混合绘制技术对候选区域进行绘制来生成目标图像。实验结果表明,深度全景视频绘制技术可实现大规模虚拟场景高质量实时绘制。     

综合几何信息的实时线绘制算法

以三维网格模型的微分几何信息为依据,结合视点相关和视点无关的线绘制方法,提出一种基于GPU的实时绘制算法.基于视点曲率在图像空间中计算提取视点相关特征线,同时利用风格化纹理和主曲率信息绘制视点无关特征线.根据三维模型信息与预设计的风格化纹理,在像素着色器中对视点相关和视点无关的2类特征信息进行计算,然后结合两者结果得到令人满意的绘制结果.实验结果表明,由于所有计算在图像空间由GPU并行完成,可以高效地提取特征线;采用风格化纹理的设计增加了图像空间风格化绘制的可控性,弥补了图像空间算法的风格化可控性差的缺点.此外,文中算法不仅可以进行实时的风格化线绘制,以该算法为基础还可以进行进一步的艺术仿真,如国画的模拟等.     

一种利用背景信息的虚拟视点图像后处理方法

基于深度图像的虚拟视点绘制(Depth Image Based Rendering, DIBR)在双视图像融合后存在重叠、伪影和空洞等问题,为提高融合后图像质量,提出一种利用背景信息的虚拟视点图像后处理方法.首先,在图像融合时引入深度信息解决像素重叠问题.其次,根据视点移动方向定位左、右虚拟视图伪影区域,利用互补视点的背景像素擦除伪影.最后,利用不同视点参考图像信息之间的冗余性将左、右参考视点进行融合并消除前景像素,再进行正向映射得到虚拟视点背景图像填充双视融合后剩余的空洞.与基于图像分割的虚拟视点绘制算法相比PSNR值提高了0.6357dB,实验结果表明,该算法能有效提高绘制图像质量.     

逐像素偏移纹理坐标的视差映射改进方法

视差映射技术可以通过沿着视点方向平移纹理坐标来实现纹理图像的真实感绘制,然而不正确的纹理坐标偏移量将导致纹理图像的滑动现象.根据视差映射技术原理,通过定义纹理坐标值与高度值之间的映射函数得到偏移量与当前视点坐标的对应关系;利用GPU技术计算得到正确的纹理坐标偏移量,使得在视点动态变换时纹理图像的绘制不会产生滑动现象.实验结果表明,与传统视差映射方法及现有GPU技术校正纹理坐标偏移量方法相比,在没有增加算法复杂度的前提下,采用文中方法可改善纹理图像真实感绘制的效果.     

多视点成像的多边形模板法

该文提出一种对场景进行多视点成像的方法。该方法首先为场景中的多边形生成多边形模板，一个多边形模板，包括一条轮廓路径和一组纹条，而一个纹条是平行成像画的一个平面与多边形相交的直线段。由于纹条相对于不同视点的透视投影的变化是线性的，因此，绘制多边形时可以基于模板逐个纹条地处理，而不必按照传统的扫描转换方法逐个点地处理，绘制速度可以提高很多。同时，与视点无关的光照和纹理可以预先计算并保存在模板中，以便在成像时利用基于图像绘制的技术来生成高质量的图像。该方法中，视点可以放置在三维空间的任意位置，并且在场景漫游时可以根据视点位置自动地实现多分辨率绘制。     

Compression-Based 3D Texture Mapping for Real-Time Rendering

While 2D texture mapping is one of the most effective of the rendering techniques that make 3D objects appear visually interesting, it often suffers from visual artifacts produced when 2D image patterns are wrapped onto the surfaces of objects with arbitrary shapes. On the other hand, 3D texture mapping generates highly natural visual effects in which objects appear carved from lumps of materials rather than laminated with thin sheets as in 2D texture mapping. Storing 3D texture images in a table for fast mapping computations, instead of evaluating procedures on the fly, however, has been considered impractical due to the extremely high memory requirement. In this paper, we present a new effective method for 3D texture mapping designed for real-time rendering of polygonal models. Our scheme attempts to resolve the potential texture memory problem by compressing 3D textures using a wavelet-based encoding method. The experimental results on various nontrivial 3D textures and polygonal models show that high compression rates are achieved with few visual artifacts in the rendered images and a small impact on rendering time. The simplicity of our compression-based scheme will make it easy to implement practical 3D texture mapping in software/hardware rendering systems including real-time 3D graphics APIs such as OpenGL and Direct3D.     

Layered textures for image-based rendering

An extension to texture mapping is given in this paper for improving the efficiency of image-based rendering. For a depth image with an orthogonal displacement at each pixel, it is decomposed by the displacement into a series of layered textures (LTs) with each one having the same displacement for all its texels. Meanwhile, some texels of the layered textures are interpolated for obtaining a continuous 3D approximation of the model represented in the depth image. Thus, the plane-to-plane texture mapping can be used to map these layered textures to produce novel views and the advantages can be obtained as follows: accelerating the rendering speed, supporting the 3D surface details and view motion parallax, and avoiding the expensive task of hole-filling in the rendering stage. Experimental results show the new method can produce high-quality images and run faster than many famous image-based rendering techniques.     

纹理映射中的平面校正技术研究

为了快速实时地进行由平面组成的结构景物的3D建模问题,文中介绍了一种在进行图像3D重构时纹理映射中的平面校正方法。介绍了三角形模型在图像处理、图形绘制、虚拟现实等技术中的重要作用。从射影几何的角度出发,给出了从两幅视图进行景物三维重构的分层重构方法。在已知欧氏重构即摄像机内参数的基础上,介绍一种基于标定的平面射影失真矫正方法。通过此方法,将矫正过的纹理映射到欧式点重构结构中,得到景物的3D模型。经实验验证,这种方法在处理由平面组成的景物的3D重构中是实时有效的。     

基于几何与图像混合绘制中的快速WARP变换算法研究

基于几何与图像的混合绘制中，3D Warp算法以严格的数学变换为基础，从而能够保证准确的投影关系，但该算法在实时绘制阶段需进行大量的数学运算，故其时间复杂度较高，该文提出了一种新的快速Warp变换算法，算法以3D Warp算法为基础，采用了崭新的投影过程，从而使时间复杂度较3D Warp算法有较大幅度的下降（降低约7．51倍）。同时，该算法是一种流水结构，能够有效利用现有的加速硬件，而无需改变图形硬件的体系结构。     

Elemental image array generation method by using optimized depth image‐based rendering algorithm for integral imaging display

We propose an elemental image array (EIA) generation method by using an optimized depth image‐based rendering (DIBR) algorithm. In this method, the EIA is synthesized by the reference and virtual viewpoint elemental images, and the virtual viewpoint elemental images at the given locations are generated by DIBR algorithm. We optimize the existing DIBR algorithm by adaptively repairing the warped depth images in the processing part and extend the generation dimension of the virtual viewpoint elemental images from one dimension to two dimensions. The optimized DIBR algorithm can effectively solve the problem: the low quality of virtual viewpoint elemental images caused by discontinuous depth values and disocclusion regions. We also implement the generations of virtual viewpoint elemental images and EIA in graph processing unit to reduce the time cost. Experimental results show that the proposed method can not only improve the quality of the virtual viewpoint images but also accelerate the generations of the virtual viewpoint elemental images and EIA.     

Floating Textures

We present a novel multi‐view, projective texture mapping technique. While previous multi‐view texturing approaches lead to blurring and ghosting artefacts if 3D geometry and/or camera calibration are imprecise, we propose a texturing algorithm that warps (“floats”) projected textures during run‐time to preserve crisp, detailed texture appearance. Our GPU implementation achieves interactive to real‐time frame rates. The method is very generally applicable and can be used in combination with many image‐based rendering methods or projective texturing applications. By using Floating Textures in conjunction with, e.g., visual hull rendering, light field rendering, or free‐viewpoint video, improved rendering results are obtained from fewer input images, less accurately calibrated cameras, and coarser 3D geometry proxies.     

基于分层图像融合的虚拟视点绘制算法

针对虚拟视点绘制过程中出现的重叠和空洞问题,提出一种新的虚拟视点绘制算法。通过形态学操作对三维图像变换后出现的空洞进行膨胀来消除伪影瑕疵,根据深度信息对左、右虚拟视点图像进行前景和背景分割,利用线性加权法对分割后的前景图像和背景图像进行分层融合解决像素重叠问题,对分层融合后的背景图像进行空洞填充并与前景图像融合得到虚拟视点图像。实验结果表明,与经典的Criminisi算法相比,该算法PSNR值提高了1.75 dB,具有较高的绘图质量。