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《中国科学院研究生院(软件研究所)》 2002年
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计算机图形学中逆向绘制技术的研究

孙其民  
【摘要】:从真实图象恢复物体的光照、材质和纹理以生成逼近真实景物光照特性的逆向绘 制技术是图形学近几年发展起来的一项新技术,在虚拟现实和增强现实中有着广泛的 应用前景。围绕逆向绘制技术,本文在纹理物体表面反射模型的恢复、复杂光照条件 下物体材质的恢复和全局光照环境中的逆向绘制等方面展开了有益的探索,取得了如 下创新研究成果。 1) 纹理物体表面反射模型参数的恢复 对表面有纹理的物体进行逆向绘制是非常困难的,因为表面上任意一点的反射特 性都可能与其他点不同,所以一般的想法是需要较多的图象才可以做到。但是如果对 材质进行分类,并根据每一类的具体特点分别处理,则可以为每一类材质设计高效的 逆向绘制算法。针对这一特点,我们提出一种简便易行的纹理材质恢复算法。算法 对镜面反射可以近似为常数的物体不需要特殊的采样设备,只需用很少的图象就可以 恢复物体的纹理和反射模型的参数,并且可以很好地再现物体表面的颜色细节。 2) 复杂光照条件下物体材质的恢复 一般来说,由于复杂非直接光照的影响,普通的光照模型难以表示复杂场景中特 定物体的光照。复杂光照虽然给逆向绘制带来很大困难,但是由于它可以提供关于一 个物体反射特性的更多信息,使得用较少的采样图象恢复物体的材质成为可能。针对 这一特点,我们提出用基于图象的光照来表示单个物体的复杂光照,从而可以用单幅 高动态范围图象恢复单一材质物体的材质。算法充分考虑了物体自身不同部分之间的 相互遮挡和反射对材质恢复的影响,得到了较为精确的结果,并且还可以恢复透明和 半透明材质。 3) 全局光照环境中的逆向绘制 一般场景中可能会出现各种材质的物体,而且光照也可能很复杂,因此全局光照 是逆向绘制中最难处理一种情形。以往的算法往往采用高密度采样以精确恢复场景的 反射特性。我们提出一种只用一幅全景图来恢复场景中所有物体反射特性的方法,场 景中可以同时出现漫反射面、镜面、各向同性反射面、各向异性反射面和纹理面。该 算法可以识别出纹理面,从单幅图象中恢复纹理,并且极大地减弱了镜面高光和阴影 对纹理的影响。利用恢复的纹理和材质,我们可以改变环境中的光照和景物实现增强 现实绘制。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(软件研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TP391.41

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【共引文献】
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