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.     

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．     

一种基于多边形柱面全景图的虚拟漫游新方法

提出了一种基于图像绘制的多边形柱面全景图的虚拟漫游方法。利用普通 的手持相机在一个多边形区域内沿某一路径拍摄并拼接多幅全景图,通过基于SIFT 的特征 点检测来计算深度,用狭缝图像插值来实现整个区域内的平滑漫游。该方法具有采样简单、 虚拟场景真实感强,支持连续大范围漫游的特点。     

基于平面的Warping技术

提出了一种基于平面的逆向Warping算法,用于根据多幅参考图像生成任意视点下的新图像.首先通过参考图像的深度信息来重建三维平面,然后寻找这些重建平面间的对应关系,并比较它们对空间平面同一部分的采样密度,以获得最好的采样结果.在生成新视点图像时,首先对那些采样密度最好的重建平面进行可见性判断,然后将其投影到新视点下,在此基础上求得目标图像上各点的深度,最后将目标图像上的点逆向Warping到相应的参考图像中,以获取它们的颜色值.同时,对于参考图像中不能被重建成平面的像素点,用正向Warping的方法对其进     

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。     

从多幅参考图像合成目标图像的逆映射算法

提出了一种从多幅参考图像来合成新视点目标图像的逆映射算法.这种方法不但成功地填补了由于投影区域扩张而产生的第1类空洞,而且还成功地填补了由于空间非深度连续物体相互遮挡而产生的第2类空洞,从而方便地实现了虚拟环境中的漫游.基于物体表面深度的连续性,提出了一种位移预测方法.该方法可以从单幅参考图像获得逆映射过程中所需要的目标图像的位移信息,从而大大提高了算法的效率.与通常的正向映射算法相比,该算法克服了多幅参考图像所带来的计算量成倍增长等问题,而且误差较小.     

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.     

基于块的任意曲面上的纹理合成

一种新的曲面纹理合成技术被提出,它采用求最小割集来解决块拼接时的礁缝走样问题。算法在预处理期对模型的三维网格进行了重建,使其规则并且建立网格点与参数化栅格采样后的图像点一一对应的关系,无论对合成的速度和质量都有很大的提高。提出了在曲面上进行纹理粘贴的算法,对于渲染存在不完整性的自然物体取得了较好的效果。     

一种用于动态场景的全景表示方法

针对全景图无法表示动态场景这一问题，提出一种用于动态场景的全景图表示方法，将视频纹理和全景图结合起来，构造动态全景图。系统首先将一系列定点拍摄的图像拼接成全景图，然后用摄像机拍摄场景中周期或随机运动的物体，提取视频纹理，最后视频纹理与全景图对准并融合，生成动态全景图。动态全景图既保持静态全景图全视角漫游的优点，又使得场景具有动态的特征，极大地增强漫游的真实感。     

点模型的几何图像简化法

提出一种基于几何图像的曲率自适应点模型简化算法.首先将点模型的球面极坐标映射到平面上,构造其几何图像;然后利用几何图像确定点模型中点的k-最近邻域及其曲面变分;最后结合曲面变分和简化密度对点集曲面重采样,并通过移动最小二乘曲面评估简化的误差.实验结果表明,该算法执行速度快、易于控制采样密度和保持曲面细节,且能够生成高质量的简化曲面.     

基于DIBR和图像修复的任意视点绘制

基于深度的图像绘制（DIBR）是高级视频应用的关键技术,为提高视点变换的图像质量,提出一种基于DIBR和图像修复的任意视点绘制方法。首先对深度图像进行形态学处理,以减少视点变换产生的空洞,平滑目标视点内部的物体轮廓;利用视点变换方程生成目标视点;对含有空洞的目标视点采用图像修复算法进行后处理,设计了含有深度项的代价函数,在深度的约束下进行纹理搜索,将最佳匹配块填补到空洞;在修复空洞的过程中采用亮度优先的策略以适应不同的色度采样格式。实验的主观效果对比和PSNR数据都显示本文算法比其他算法更为优越。     

基于光场的渲染技术研究

基于图像的渲染技术(Image-Based Rendering,IBR)逐渐成为场景渲染的主要手段之一,目前已有大量的基于此技术的方法提出,其中光场渲染(Light Field Renderin,LFR)是在不需要图像的深度信息或相关性的条件下,通过相机阵列或由一个相机按设计好的路径移动把场景拍摄下来作为输入图像集,对于任意给定的新视点,找出该视点邻近的几个采样点进行简单的重新采样,就能得到该视点处的视图.本文采用两平面参数化的方法设计实施了一套光场渲染的软件方案,用光场渲染的方法实现了真实场景中物体的实时漫游.     

平面狭缝图像场

提出了一种新的基于图像的绘制技术:平面狭缝图像场,即利用狭缝图像的集合来表示和生成场景.在分析平面狭缝图像场性质的基础上,提出了相似狭缝图像概念,从而推导出用有限采样拟合平面狭缝图像场,进而可以实时生成具有高真实感漫游场景的方法.据此提出了采样和拟合的实现.最后,提出了分段狭缝图像映射的方法,大大压缩了所用到的数据量.     

基于组合方法对图像的双三次多项式拟合

提出了基于图像数据构造拟合曲面的新方法.假设给定的图像数据所对应的原场景曲面能用分片二次多项式曲面表示,原场景曲面称为原曲面.现有方法通常是用图像数据作为插值数据构造原曲面的拟合曲面,而新方法以图像数据生成公式为约束,通过反向采样过程来构造对图像数据拟合的曲面,从而使拟合曲面具有更好的逼近精度.由于图像边缘处的质量对图像的视觉效果起着关键的作用,我们也把图像边缘做为约束条件用于拟合曲面的构造.对于每一个数据点及其邻近区域,新方法以采样公式和图像边缘作为约束条件局部地构造一张二次多项式曲面片,该曲面片具有二次多项式精度.所有的二次多项式曲面片的加权组合形成逼近原曲面的拟合曲面.对算法比较的实验表明,由新方法生成的放大图像具有较高的精度和较好的视觉效果.     

基于结构先验与协同优化的城市场景分段平面重建

在基于图像的城市场景三维重建中,场景分段平面重建算法可以克服场景中的弱纹理、光照变化等因素的影响而快速恢复场景完整的近似结构.然而,在初始空间点较为稀疏、候选平面集不完备、图像过分割质量较低等问题存在时,可靠性往往较低.为了解决此问题,本文根据城市场景的结构特征构造了一种新颖的融合场景结构先验、空间点可见性与颜色相似性的平面可靠性度量,然后采用图像区域与相应平面协同优化的方式对场景结构进行了推断.实验结果表明,本文算法利用稀疏空间点即可有效重建出完整的场景结构,整体上具有较高的精度与效率.     

基于曲线和曲面控制的多边形物体变形反走样

基于参数曲线和曲面控制的空间变形是重要的几何外形编辑和柔性物体动画实现手段．当这两类变形方法的对象是多边形物体时,如何对变形物体进行重采样以得到高质量结果,是计算机动画和几何造型领域中的一个重要问题．该文针对B-样条曲线和曲面控制的空间变形方法,提出了面向多边形物体的空间变形反走样方法．在该方法中,利用等距技术将B-样条曲线或曲面所张成的变形空间近似表示为张量积B-样条参数体,结合作者提出的多边形物体精确B-样条自由变形方法,实现了参数曲线和曲面控制的多边形物体变形反走样．     

体视图像生成算法的研究及应用

在立体视觉系统中，一般采用空间分离且同步旋转的两台摄像机拍摄同一物体，为观察者提供同一物体的两个不同角度的图像。文章从人类的视觉感知原理出发，给出了基于单幅图像的体视图像生成算法，并成功地用于大数据量体视转换的场合，如“国家大剧院”和“奥运会场景”的漫游仿真，从而实现虚拟复杂场景的仿真漫游。该算法特别适合于要求快速、一次绘制（拍摄）的场景，即再现立体的场合。     

利用大位移视图的自动可信图像修补

为了以自动的方式达到反映原始场景真实性的图像复原效果,提出一个基于大位移视图的自动可信图像修补技术框架.首先,根据优缺点互补的原则将几种显著特征检测器有效地结合起来,提取目标图像和大位移视图上均匀分布的准稠密特征对应点集.然后,受启发于先验模型与模型拟合问题,提出一个准平面场景区域聚类算法,通过对特征对应点集的聚类划分将整个自然场景图像分割表示成多个准平面场景区域,以校正大位移视图中的景物投影变形.最后,受启发于纹理合成与图像拼接技术,提出一个准平面场景区域合成算法,校正并缝合空洞周围的多个准平面场景区域重投影图像至目标图像上,以填补目标图像上的信息丢失区域.实验结果与实拍照片之间的视觉辨别困难表明了本文方法的有效性.     

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.     

基于灭点的单幅图像建模

针对人造物体场景的特点，用人机交互的方法标出物体的平行线和特征点，利用灭点计算出相机的内部参数，进一步计算出旋转矩阵。再根据物体的几何约束关系，得到平移向量和物体模型的空间信息。然后从图像中提取纹理，经过变换后，映射到模型上去，使之具有相片般的真实感，并能够进行实时漫游。