增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中虛擬光照技術(shù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種將真實(shí)場(chǎng)景同虛擬場(chǎng)景融合的技術(shù)，它的目標(biāo)是解決真實(shí)場(chǎng)景視頻和虛擬物體的無縫合成問題。AR現(xiàn)在主要的研究工作集中在跟蹤、注冊(cè)和交互技術(shù)方面，光照方面現(xiàn)階段雖然也有少量的研究，但大多數(shù)都著重于生成高質(zhì)量的圖像，忽略了AR系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。本文研究了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中普遍存在的真實(shí)場(chǎng)景與虛擬場(chǎng)景間的光照問題，并提出一些解決方案，不僅增強(qiáng)了虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感，同時(shí)也保證了AR系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。作者主要的研究工作體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2、 解決虛實(shí)光照差異的首要問題是采用面向?qū)嶋H光效的虛擬光效恢復(fù)方法。首先，虛擬光源的位置要與真實(shí)光源保持一致，若真實(shí)光源在場(chǎng)景中移動(dòng)，虛擬光源的移動(dòng)應(yīng)該與真實(shí)光源保持一致。本文使用磁力跟蹤系統(tǒng)，在光源上安裝了磁力跟蹤接收器，跟蹤真實(shí)光源的空間姿態(tài)，并將跟蹤到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到虛擬場(chǎng)景坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)光源的姿態(tài)一致性。第二，選擇適合的光照明模型表現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景光照效果。第三，陰影是表現(xiàn)光照真實(shí)性的另一個(gè)重要方面，為保證AR系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，采用平面陰

3、影的方法。 然后，本文提出了光照明模型中所存在的不足之處并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。在通常情況下，環(huán)境光值取默認(rèn)值或由手工設(shè)定，從而影響了環(huán)境光的精確性，影響到整個(gè)光照明模型的精確性。針對(duì)這一情況，本文提出精確恢復(fù)環(huán)境光的兩種方法：時(shí)間插值法和基于圖像的插值法。這兩種方法提高了環(huán)境光的精確性，從而增強(qiáng)了整個(gè)光照明模型的精確性，并對(duì)Phong光照明模型進(jìn)行改進(jìn)，提高了Phong模型的精確度，同時(shí)不影響光照計(jì)算的實(shí)時(shí)性。 最后，本文給出