基于几何与图像结合的虚拟场景绘制技术研究

【摘要】： 随着计算机视觉技术的进一步发展,虚拟场景的绘制技术研究已经成为虚拟现实系统的重要组成部分,传统的基于几何的虚拟场景造型方法的研究是以计算机图形学为基础,其特点是便于用户与虚拟场景中的对象进行交互,并能对虚拟对象的深度信息进行直接获取,且视点自由,但由于该方法的研究对于场景的几何复杂度具有依赖性,难以在普通的硬件平台上实现;同时,基于图像的虚拟场景绘制方法中,利用图像像素作为基本绘制元素,绘制速度独立于场景复杂性,仅与图像分辨率有关,且能在低档平台上实现场景漫游,但该方法的研究中存在着缺少场景的深度信息,难以与场景进行交互的问题。所以,如何利用几何与图像结合的方法来构造虚拟场景是虚拟现实技术近几年研究的一个主要问题,其中尚有很多问题需解决。本论文研究了基于几何和图像混合绘制策略中的一些相关的主要技术。 在虚拟场景建模技术的研究中,基于摄像机纯旋转运动的虚拟场景构建方法具有简单方便的特点。在该方法研究中图像拼接是主要技术之一。图像拼接的主要问题是确定相邻图像间的对应点,即图像匹配,我们在第二章中提出了一种基于特征的图像对应方法,由于充分利用了图像的边缘特征,大大提高了图像的对应的速度;图像对应中的边缘特征的提取是一个重要的问题,传统的边缘提取方法不能满足图像对应的需要,我们提出了一种基于模板的区域权值标记边缘检测方法(Template Based Area Weight Signing Edge Detection Method简称TBAWSEDM),在此基础之上研究了一种基于特征的快速点对应策略,将对应点的确定范围限定在边缘的范围内进行,加快了图像对应的速度,提高了图像点对应的准确性。 在虚拟场景混合绘制技术研究中,由于三维空间中物体的成像与摄像机的内外参数是密切相关的,我们提出了一种基于圆环点的摄像机自标定方法。在三维摄影空间中,无穷远平面上的点构成了绝对二次曲线,由于二次曲线的像包含了摄像机的内部参数信息,我们利用了圆环点的像在二次曲线上的摄影几何特性,从而确定摄像机的内部参数,进而求取摄像机运动的外部参数。利用该方法准确方便地确定了摄像机的内外参数,由于该方法克服了模板上点与图像点的匹配问题,同时也避免了几何图元的检测和拟合所带来的误差,所以得到了更鲁棒的标定结果。 鉴于虚拟场景的混合绘制中,无论是利用图像进行重构的三角形片面还