基于室外場景的光照分析.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是近年來迅速興起的一個(gè)研究熱點(diǎn),它將計(jì)算機(jī)渲染生成的虛擬景物實(shí)時(shí)地疊加到一個(gè)真實(shí)場景中,通過虛擬信息和真實(shí)信息的無縫融合,創(chuàng)造出一個(gè)和諧統(tǒng)一的環(huán)境。由于具有對(duì)真實(shí)環(huán)境進(jìn)行增強(qiáng)顯示的特性,因此這項(xiàng)技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)、軍事訓(xùn)練、醫(yī)療手術(shù)、電影電視行業(yè)以及文化遺產(chǎn)保護(hù)等領(lǐng)域都有獨(dú)特的優(yōu)勢,但是,為了要達(dá)到虛實(shí)場景的完美無縫融合,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中仍有很多問題要解決。其中,保證虛擬物體與真實(shí)場景的光照一致性對(duì)室外場景虛實(shí)融合的真實(shí)感具有十分

2、重要的作用。
　　室外場景的光照估計(jì)是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題,近年來受到越來越多學(xué)者的關(guān)注,它在本征圖像分解、目標(biāo)跟蹤、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域都有著重要意義。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中,虛擬物體跟真實(shí)場景共享同一個(gè)光照環(huán)境,虛擬物體的外觀應(yīng)與真實(shí)場景中的物體變化一致并應(yīng)滿足整體的協(xié)調(diào)性,當(dāng)真實(shí)場景的光照發(fā)生變化時(shí),比如有云彩飄過,遮住太陽,光照會(huì)變?nèi)?虛擬物體的光照也要隨之改變,否則,這種光照的不一致性會(huì)影響場景的真實(shí)效果以及虛實(shí)物體的無

3、縫融合。
　　為了保證虛實(shí)場景的光照一致性,本文提出一種基于圖像分解的對(duì)固定視點(diǎn)所拍攝的一系列室外場景圖像進(jìn)行光照分析的算法,并針對(duì)現(xiàn)有算法的不足提出一系列新的解決方法,主要貢獻(xiàn)有:
　　(1)通過對(duì)圖像序列進(jìn)行分析,采用k-means聚類方法得到真實(shí)場景的初始陰影函數(shù),從中得到一些確定為陰影區(qū)或光亮區(qū)的像素,并基于這些已知陰影函數(shù)的像素點(diǎn)來進(jìn)行下一步的求解工作。
　　(2)假設(shè)天空光在一天內(nèi)是均勻變化的,將一幅室外場

4、景圖像表示成太陽光基圖像和天空光基圖像的線性組合,其組合系數(shù)就是所要求解的太陽光和天空光強(qiáng)度。
　　(3)通過預(yù)先求得的陰影函數(shù),提出了兩種方法來求解天空光基圖像:一是拼湊法,二是最小能量優(yōu)化法,并依次求出太陽光基圖像和相應(yīng)的光照強(qiáng)度,并把天空光強(qiáng)度系數(shù)和太陽光強(qiáng)度系數(shù)進(jìn)行歸一化,為后面虛擬物體的渲染提供了一個(gè)統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)。
　　(4)本算法不需要假設(shè)場景的表面為漫反射表面,可以處理鏡面反射,在求得的太陽光基圖像中會(huì)包含鏡