大规模虚拟场景的无缝绘制

论文摘要

基于图像的建模和绘制IBMR（Image-Based Modeling and Rendering）,是近年来兴起的一种倍受关注的场景建模和绘制方法,也是目前虚拟场景漫游领域中的主流技术。其最大的特点就是克服了传统的基于几何建模和绘制的不足,可以实现真实感很强的场景漫游效果。在大规模的虚拟场景绘制领域,全景图技术和TIP技术是目前最为突出的两种实现手段之一。全景图技术（Panorama）是虚拟现实和计算机视觉中一种重要的场景表示方法和图像信息组织模式,对于观察者而言,全景图就是建立在图像上的立体的多角度的图形环境。画中游TIP（Tour into the Picture）技术则是另一种IBMR的方法,它的技术原理是根据透视原理,使用灭点和蜘蛛网格建模二维图片,从图像中提取关键信息,从而生成三维场景。本文对基于IBR的全景图技术和TIP的融合进行了探讨和研究,将二者结合起来,打破了传统TIP技术单场景的单调,同时拓展了全景图的深度,使大规模虚拟场景绘制更加生动,使虚拟世界更为丰富多彩。本文通过在Microsoft Visual C++下的OoenGL编程,利用基于特征线的方法,实现了TIP和全景图之间无缝衔接。论文结合柱面全景图技术与TIP画中游技术,首先截取柱面全景图像的一部分图片,然后结合画中游技术生成模型盒,从而形成三维虚拟场景,使观赏者在浏览柱面全景图像的同时体验到生动的三维画面。本文利用基于特征线的方法,实现了从全景图过渡到TIP模型,接着进入下一个全景图的光滑连接。另外,在此基础上通过多级分辨率模型的变形,减少了计算量,提高了三维场景的渲染速度,从而改善了系统效果。同时本文详细说明了深度计算,透明度,全景图投影时与TIP融合部分的投影面的去除等关键问题,以实际工作完善了融合技术。在基于理论研究的基础之上,本文实现了柱面全景技术与TIP画中游技术相结合的虚拟漫游系统:天津古文化街虚拟漫游系统。系统设计了人性化的界面,并能够实时地响应用户的操作,给予观赏者更多身临其境的感受。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 虚拟现实技术
• 1.1.2 虚拟场景漫游研究的意义和目的
• 1.1.3 国内外研究现状
• 1.2 研究主要工作和创新点
• 1.3 论文的结构安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 课题技术背景
• 2.1 TIP技术简介
• 2.1.1 TIP技术
• 2.1.2 TIP建模过程
• 2.2 全景图技术简介
• 2.2.1 全景图技术的优势与分类
• 2.2.2 全景图生成的一般流程
• 2.2.3 实景图像的拍摄方法
• 2.2.4 全景图片序列的拼接
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于相对深度实现场景的无缝连接
• 3.1 问题产生
• 3.2 单幅图片的相对深度计算
• 3.3 基于特征线实现场景连接
• 3.3.1 两个场景连接
• 3.3.2 三个场景连接
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 TIP与全景图连接
• 3.4.2 TIP与两个全景图过渡
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于纹理分辨率调整的系统改进
• 4.1 问题产生
• 4.2 多级纹理技术的变形
• 4.2.1 Mipmap纹理的基本概念
• 4.2.2 多分辨率画中游（TIMP）的变形
• 4.3 场景图片的处理
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统的实现
• 5.1 前期工作
• 5.2 系统框架及融合程序重点模块
• 5.2.1 系统软、硬件环境要求
• 5.2.2 系统界面及主要功能
• 5.3 TIP技术的实现
• 5.3.1 定义TIP和全景图模型计算使用的数据区
• 5.3.2 制作TIP盒状模型
• 5.3.3 利用最小距离原则计算空隙位置的像素
• 5.4 全景图技术的实现
• 5.4.1 全景图模块部分流程
• 5.4.2 设置清空背景函数
• 5.4.3 TIP融合部分的投影面的去除
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要研究内容
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢