虚平面映射:深度图像内部视点的绘制技术

首先推导与归纳了图像三维变换中像素深度场的变换规律,同时提出了基于深度场和极线原则的像素可见性别方法,根据上述理论和方法,提出一种基于深度图像的建模与绘制(image-based modeling and rendering,简称IBMR)技术,称为虚平面映射.该技术可以基于图像空间内任意视点对场景进行绘制.绘制时,先在场景中根据视线建立若干虚拟平面,将源深度图像中的像素转换到虚平面上,然后通过对虚平面上像素的中间变换,将虚平面转换成平面纹理,再利用虚平面的相互拼接,将视点的成像以平面纹理映射的方式完成.新方法还能在深度图像内侧,基于当前视点快速获得该视点的全景图,从而实现视点的实时漫游.新方法视点运动空间大、存储需求小,且可以发挥图形硬件的纹理映射功能,并能表现物体表面的三维凹凸细节和成像视差效果,克服了此前类似算法的局限和不足.     

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．     

基于特征约束点的纹理映射算法

纹理映射技术用于生成物体表面的纹理细节,是真实感图形技术的重要组成部分,也是计算机图形学的一个重要研究方向.针对目前很多纹理映射算法计算量大,方法比较复杂的缺点,应用Candide3作为三维网格模型,提出了一种快速有效的基于特征约束点的纹理映射算法.通过在三维网格模型和纹理图像上选取少量对应的特征约束点,利用三角网格剖分算法在纹理图像上建立选取特征点的三角网格.进而通过求取质心坐标的方法计算出三维网格模型上所有特征点的纹理坐标并完成整个三维网格模型的纹理映射.实验结果表明,提出的算法计算速度较快,能够得到高真实度的纹理映射效果,并且适用于不同纹理图像映射到同一三维网格模型上.     

基于两步法的交互式纹理映射研究

两步纹理映射方法将映射过程分解为S映射与O映射两步进行.针对两步纹理映射方法研究中复杂物体表面纹理映射时出现的变形问题,采用B样条曲面代替简单的中间映射媒介,用它近似地包裹在三维物体的外表面,将纹理通过某种方式映射到曲面上实现参数化.基于两步映射方法提出了一种交互式纹理映射的算法.该算法允许用户交互选择贴图范围,通过控制B样条曲面实现对映射效果的调整.实验结果表明,该算法可显著提高纹理映射质量,纹理贴图效果良好.     

基于图像的三维光照效果的动态重现

传统图像纹理可以给虚拟物体增加丰富的细节,但由于纹理是在特定光照条件下获取的照片,当虚拟光照条件变化时,纹理细节缺少随之动态变化的真实感。凹凸纹理通过扰动法向量可以实现细节的基本阴影变化,但生成一张真实照片的凹凸纹理是困难的。文中介绍了BRDF和BTF的概念和理论,提出了一种基于图像的适用于漫反射物体表面细节动态重现的方法,可以使映射后的纹理在不同虚拟光照条件下呈现动态变化的效果。     

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.     

艺术化立体图像的渲染

目前的艺术化渲染算法会使结果图像具有较强的随机性,因此无法直接应用于立体图像的渲染.文章针对虚拟三维场景,给出了一个通用的艺术风格立体图像的渲染框架.首先对单个物体渲染包括双眼视域范围的艺术风格图像,在投影过程中同时记录模型顶点对应的纹理坐标;然后将艺术风格图像映射到物体表面生成艺术化效果的三维模型;最后将艺术化三维模型直接投影到左右眼相机生成立体图像.为创建用于纹理映射的艺术化纹理图像,提出了在透视投影中颠倒像素遮挡关系的方法来获取模型的双眼视域范围图像.该文提出的艺术化立体图像生成方法不仅可保证双眼图像的一致性,而且具有良好的通用性,可适用于各类已有的艺术化渲染算法.     

真实感三维模型的纹理融合

提出一种消除物体表面纹理接缝,重建高精度真实感三维模型的纹理融合方法.首先将不同视场的深度图像匹配到同一坐标系下,经过深度图像融合获得物体完整的几何模型;然后确定深度图像和纹理图像的映射关系,并定义复合权重进行纹理融合来获取整个纹理映射图,并进行模型的纹理映射.该方法可消除物体表面重叠区域由于光照变化、几何模型的非完全漫反射以及拍摄视场的改变等外界因素引起的色彩差异,重构真实感三维模型;且对物体的几何形状、拍摄视场没有限制,能够自由拍摄,并实现高精度三维纹理模型.实验结果表明,文中方法是有效和鲁棒的.     

基于二维纹理映射的镜面反射加速绘制

针对物体表面镜面反射现象的绘制,提出了一种新的基于二维纹理映射技术的加速算法。将具有镜面反射表达式的Phong模型分解成多个简单的数学函数,预先离散采样计算后作为纹理对象传给显卡。使用OpenGL多重纹理技术,将每个纹理对象放入相应的纹理单元,分别设置其组合函数,将多个纹理的运算组合起来。将三角片顶点坐标及多组纹理坐标传入,从而实现了物体镜面反射现象的实时绘制。实验结果表明,该算法大大提高了绘制的性能。     

基于体平滑的体绘制纹理伪边界消除算法

直接体绘制能够清楚的显示三维数据场的内部信息,是科学可视化中非常重要的一类方法。其中,基于二维纹理映射的三维数据直接体绘制方法具有绘制速度快、可交互性强的优点。其基本思路是将三维数据体在时间或深度方向形成一组水平纹理切片,通过这些切片的纹理贴图,实现三维数据体的体绘制,在交互性和资源消耗之间取得了较好的平衡。本文针对基于二维纹理映射的直接体绘制方法中在透明与不透明边界产生阶梯状条纹的伪边界问题,提出了一种基于体平滑的算法。该算法通过在透明数据与不透明数据的边界进行体平滑,使采样过程中缺失的数据表现到抽样的切片上,从而在最终图像生成阶段淡化甚至消除阶梯状条纹伪边界。实验结果表明,相对于传统二维纹理映射方法,本算法实现体绘制效果平滑,提高了绘制效果。     

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.     

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。     

基于打包索引纹理的大规模数据体绘制算法

针对大规模数据体绘制效率低下的问题,提出一种算法：对体数据进行纹理分块打包,移除空数据块,并创建数据块的索引数据,绘制时通过索引访问打包后的纹理实现大规模数据完全载入显存,同时在索引中标记空数据及高密度数据块的位置,绘制前生成其有效的立方体数据表达,结合早期光线终止与空域跳过等加速技术,有效地实现了大规模的体数据的实时绘制,同时保证了结果图像的质量。     

Rendering of forest scenery using 3D textures

Visual simulation of forest scenery is a challenging problem which includes the following tough sub-problems: generation of vegetation, representation of trees, simulation of colour change of leaves, and rendering of numerous trees. Among those sub-problems, this paper treats mainly the last one. A conventional polygon-based rendering algorithm often produces troublesome aliasing effects when it is applied to the objects having complex fine surfaces, such as forest scenery. In this paper, we show that an extended volume rendering technique applied to 3D textures, i.e. volume data in this paper, of trees is effective in the concerned problem. Kajiya left, as further work, the problem of rendering forest scenery by applying his 3D texture called texel. Our rendering method consists of the following three steps: we first generate 3D textures of trees from their polygon-based geometric models, we next arrange the 3D textures, allowing their possible mutual intersections, on the surface of a given polygon-based terrain model according to a simulated vegetation, and we finally produce an image of forest scenery by applying the ray-tracing algorithm including our slightly extended volume rendering technique. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

Texture-based Dither Matrices

Continuous tone images must be halftoned to be displayed on binary output devices such as printers. Halftoning algorithms at low resolutions of the output hardware introduce textures into the resulting display. In this work we control halftoning texture by generating a threshold matrix from an image-based texture. We demonstrate that processing textures by the adaptive histogram equalization algorithm approximates pixel distribution properties of traditional dither screens. Ordered dithering with the resulting threshold matrix enables us to define texture in the halftoned image. We control the appearance of this texture by a combination of the ordered dither algorithm with an error diffusion process. We present applications of texture-based dither screens to both photorealistic and artistic rendering. In the case of photorealistic tone reproduction our technique preserves textures and edges of the original image. The ability to define an arbitrary texture enables us to introduce a variety of artistic effects, including embossing of images with textures and text, and approximation of the appearance of of conventional illustration media. We evaluate the resulting halftoning using multi-scale edge distortion measures. Our quantitative evaluation closely corresponds to the visual observations.     

基于图像的室内虚拟环境的研究

基于图像的建模和绘制技术,提出了一个构造室内虚拟环境的完整方案,用户只需要输入少数照片,即可重建室内场景的全景图像,方案主要包括以下几点：首先由用户交互确定图像中的匹配象素,通过运动分析算法恢复整个场景的几何结构,然后,将原始图像变换至平面的参数坐标系,抽取纹理图像,并在参数空间对纹理图像进行拼接;最后生成场景的全景图像,算法对拍摄条件和设备没有苛刻要求,运算量较小,有较强的稳定性。     

基于纹理合成的水墨山水画自动绘制

通过分析中国山水画的一般创作技法,提出了基于纹理合成的水墨山水画绘制方法.将一幅图像作为控制图像,用于控制要绘制的区域轮廓和明暗色调;采集画家的手稿作为样本图像,通过纹理合成绘制出国画绘画中的各种皴、染笔触;在传统的纹理合成方法上,提出了一种目标控制的多级纹理合成算法,该算法能利用控制图像有效地控制纹理合成的结果.从而可以将一幅数字照片或简单的手绘图自动地转换成各种中国水墨画效果的图像.仿真结果证明了该方法对于各种山水画的绘制具有良好的效果.     

Texture evolution: 3D texture synthesis from single 2D growable texture pattern

An efficient model-independent 3D texture synthesis algorithm based on texture growing and texture turbulence is presented to create vivid 3D solid texture from a single 2D growable texture pattern. Given a 2D texture pattern of some growable material, our technique is able to create an anisotropic 3D volumetric texture cube to simulate the evolution of the material in 3D. An effective tiling scheme is designed to save computation and storage costs. Target objects are directly dipped into the synthesized 3D texture volume to generate creative, sculpture-like models that can be visualized with interactive speed. Our method is conceptually intuitive, computationally fast, and storage efficient compared with other solid texturing methods. As opposed to conventional 2D texture mapping work on polygonal surfaces, our approach is capable of decorating 3D point-rendering systems seamlessly. Furthermore, our combination of texture turbulence and texture growing techniques provides an attractive way to synthesize and tile natural 2D texture patterns, or generate simple but interesting motion textures.     

Lumiproxy: A Hybrid Representation of Image-Based Models

In this paper,we present a hybrid representation of image-based models combining the textured planes and the hierarchical points.Taking a set of depth images as input,our method starts from classifying input pixels into two categories,indicating the planar and non-planar surfaces respectively.For the planar surfaces,the geometric coefficients are reconstructed to form the uniformly sampled textures.For nearly planar surfaces,some textured planes,called lumiproxies, are constructed to represent the equiva...