可变光照下物体表面采样技术研究

【摘要】： 基于图像的采样技术,现在被越来越广泛的用于很多领域,例如图像处理,模式识别等。在不同的光源情况下(包括光源位置的差异和光源属性的差异),同一物体的表面将呈现不同的甚至差异非常明显的景象。基于图像的采样正是基于这一特征,通过光源的变化或者视角的变化,来对物体进行图像采集。然后使用所采集的基图像来描述物体表面反射信息。而基于图像的重光照,是通过基图像所描述的物体表面反射信息,叠加光源图像从而得到在该光源环境下物体表面的成像信息。因此,基图像将决定最终重光照渲染结果的好坏。目前基于图像的采样要解决的主要问题有两个：一是采样基图像的数量问题；二是采集基图像的方式。传统的方法中,基图像数量越多,基图像质量越好,则最终描述物体的反射信息就越准确。但它带来的缺点是采集时间长,存储空间大,甚至影响到相关渲染算法实现。 针对上述两个问题,本文提出了基于球面谐波理论和BRDF理论,在实现降低采样数量和缩短采样时间的前提下,重建基图像以改善基于图像的重光照渲染结果。研究的主要内容包括基于球面谐波理论以及BRDF理论的采样技术分析和研究,合成HDR图像的相关知识以及如何在球面空间内确定采样点的方位和密度。本文研究的重点是如何利用基于球面谐波基函数和BRDF模型的方法来重建基图像,并且针对三种主要的BRDF模型进行基图像的重建分析。本文的实验是主要由基图像采集和重光照算法渲染两部分组成。在基图像采集部分中,重点关注的是基图像的获取以及基图像的重建。在重光照渲染部分,则是考察基图像重建对重光照渲染结果的影响情况。此外,针对HDR图像,本文也做了相关的实验工作并得到了较好的实验结果。最终实验表明本文所提出的基于球面谐波和BRDF模型的基图像重建方法,不但可以较好的改善重光照渲染结果,而且降低了采集工作量,提高了基图像的质量。