基于环境映照自动对齐的高质量虚实融合技术

要实现高品质的增强现实效果需要解决虚拟物体与现实场景的光照一致性问题.虽然采用HDR技术能获取场景的环境映照,但需要解决所获取的光照环境信息与真实场景的对齐问题.为此提出一种基于特征自动匹配的环境映照对齐方法.首先采用Affine-SIFT算法和随机抽样一致性算法对环境映照和拍摄场景进行特征匹配并优化匹配结果,然后利用基于运动推断结构的摄像机定标算法求得匹配对的三维位置,从而计算出环境映照与真实场景的对应关系,实现了二者的自动对齐.基于该技术搭建的高真实感实时虚实融合系统采用基于关键帧的相机跟踪技术,可以实时地将虚拟物体注册到拍摄的视频场景里,并允许对其进行实时的交互编辑.在渲染时有效地利用了自动对齐后的光照环境信息,采用重要性采样算法和阴影映射技术实现了实时的高质量渲染.实验结果表明,所搭建的增强现实系统很好地解决了实时虚实融合中的几何一致性和光照一致性问题.     

增强现实场景光源的实时检测方法和真实感渲染框架

首先通过检测视频定位标记表面辐照度的变化和真实光源之间的关系建立模型;然后在交互过程中迭代计算真实场景中光源的强度和方向,并将它集成到一个高效的基于场景管理的增强现实应用开发框架中．实验结果表明,使用该算法自动生成的虚拟光源可以近似地逼近真实场景的光照,在具有一个或多个真实光源的增强现实环境中使虚拟物体和真实物体能产生近似一致的光照效果．     

增强现实中的光照一致性研究

增强现实中的光照一致性是确保虚拟物体和真实场景很好融合的关键,它能使计算机模拟出的虚拟物体与真实场景相融合后显得更加真实。因此需要根据真实场景中光照分布情况,对虚拟物体做阴影处理,从而消除虚拟物体的飘浮感。针对动态场景中的高实时性要求,对现有的光照估计算法进行改进,并应用聚类算法对光源进行筛选,较好地解决了动态环境下虚实场景的光照一致性问题。实验结果表明,采用所提出的改进算法,能够得到逼真的阴影视觉效果,同时系统具有良好的实时性。     

基于增强现实的虚拟实景空间的研究与实现

增强现实可以把计算机产生的虚拟物体或其他信息合成到用户看到的真实场景中．本文将增强现实技术与基于图像的绘制技术有机的结合起来，研究并实现了一个基于增强现实技术的虚拟实景空间系统．首先介绍了虚拟实景空间的构造，然后着重探讨了虚拟物体与实景空间的合成方法，主要解决合成中的几何一致性和光照一致性问题。     

虚拟数字人实时卡通渲染研究

为了渲染虚拟数字人体各部位材质的特性,增加虚拟数字人仿真渲染的艺术表现力,提出了结合卡通渲染艺术表现力与仿真渲染材质特性的渲染方法。使用改进的Kajiya光照模型实现具有卡通风格和物理特性的头发渲染,利用有向距离场技术制作面部阴影贴图控制面部阴影的卡通化形状,运用视差贴图技术和材质捕获技术模拟眼球的折射和反射现象,使用色调映射技术模拟皮肤的次表面散射、散射光漫反射和皮肤的边缘透光效果,实现虚拟数字人重点部位的实时卡通渲染。实验结果表明,结合仿真渲染材质特性的卡通渲染方法能够实现虚拟数字人的实时渲染,同时能够兼顾材质真实特性与艺术效果。     

基于增强现实技术的景观规划系统

增强现实是把计算机产生的虚拟物体或其他信息合成到用户看到的真实世界中的一种技术，利用增强现实技术，设计人员能够有效地进行建筑布局的规划和设计，本文介绍了一个典型的增强现实系统-景观规划系统的实现，针对合成虚拟景物和真实场景过程中需要解决的几何一致性和光照一致性问题，采用了局部三维重建和交互的相机定标技术来实现几何一致性；对于光照一致性，则采用了光照交互指定和自动恢复相结合的方法，同时还考虑了虚拟物体投射的阴影，针对不同场景的实际应用，依据系统生成的结果合成图象，设计人员能够比较有效地完成对景观规划结果的直观评估。     

基于图像分解的光照估计算法

增强现实技术的目的在于将计算机生成的虚拟物体叠加到真实场景中。实现良好的虚实融合需要对场景光照进行估算,针对高光场景,利用场景中的不同反射光信息对场景进行有效的光照估计,首先通过基于像素聚类方法的图像分解对图像进行反射光的分解,得到漫反射图和镜面反射图,对漫反射图进行进一步的本征图像分解,得到反照率图和阴影图;之后结合分解结果和场景深度对输入图像的光照信息进行计算;最后使用全局光照模型对虚拟物体进行渲染,可以得到虚实场景高度融合的光照效果。     

基于虚拟光源的实时半透明材质渲染

半透明材质渲染是实时渲染领域的重要研究部分。针对透射渲染依赖于准确的透射厚度计算,往往受限于场景模型和光照的复杂度问题,提出一种基于虚拟光源来计算半透明材质渲染中的透射厚度的方法。即在场景中增加一个虚拟光源,并在虚拟光源处使用排序算法来计算场景的深度信息。在计算从真实光源到着色点处的透射厚度时,提出在两者世界空间连线的直线段上进行采样,统计在物体内部的采样点占总采样点数目的比例,乘以直线段的长度得到估计结果。并且,当场景中存在多个真实光源时,基于采样的方法能够 复用虚拟光源中存储的场景深度信息。该算法能够有效地提升透射厚度计算的准确率,也能减轻场景中光源数量增多带来的显存开销问题。实验证明该方法能在效率、效果和显存开销之间取得较好的平衡。     

从单幅高动态范围图像恢复环境中物体的材质

提出一种从单幅高动态范围图像恢复一般环境中物体材质的方法,适用于单一材质物体,对物体形状和光照条件没有任何特殊要求.在一般光照环境中,获取被考察物体的一幅高动态范围图像以及用来近似物体光照的一个或几个高动态范围环境映照,然后用模拟退火算法求解逆向绘制问题.在求解过程中采用了基于图像的光照和光线跟踪技术,充分考虑了物体自身互反射的影响.最后得到了物体表面反射模型的最优参数.若与基于图像的建模技术相结合,可以根据真实物体的照片建立真实感模型.     

卡通风格增强现实系统

增强现实技术将计算机生成的虚拟物体叠加到真实场景中.在传统的AR系统中,虚拟物体和真实场景视觉上存在较为明显的差异,达不到虚拟物体和真实场景无缝结合的要求.本文将增强现实技术与非真实感的绘制技术有机的结合起来,减小这种视觉差异,研究并实现了卡通风格的增强现实系统.