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基于图像绘制的Image Warping理论与方法研究
中文名称: 基于图像绘制的Image Warping理论与方法研究
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论文编号: 3121814收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Study on Image Warping Theory and Method of Image Based Rendering
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 计算机应用
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 基于图像的绘制 Image Warping 极线几何 正向与逆向映射 分层结构 空间连贯性 图像绘制
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论文简介:对交互性、实时性和沉浸感的追求一直是虚拟现实研究的目标。由于具有与场景复杂度无关,真实感强等特点,基于图像的绘制技术(IBR)在近十年来成为虚拟现实成像技术的研究热点。其中,带有部分几何信息的深度图像绘制,由于仅耗费有限的存储资源且视点自由度高,成为最实用的IBR技术之一。作为深度图像绘制的核心,Image Warping从包含深度信息的参考图像来生成新视点下的目的图像,成为构建众多IBR漫游系统的有效途径。对Image Warping理论和方法进行研究和改进是提高虚拟现实系统性能的根本动力。 本文研究基于图像绘制中Image Warping的理论和方法,分析了正向和逆向ImageWarping中存在的问题和原因,从基本映射原理出发,在研究总结前人成果的基础上试图给出一些新的模型和方法。主要工作包含以下内容: (1)提出一种缩放Image Warping算法(Zoom Image Warping Algorithm)。针对正向Image Warping中存在的映射出界和空洞问题,设计了视景收缩方法在参考域中快速确定对应边界参考像素的位置,并获得有效参考区域,然后采用模板映射有效填补空洞。该算法通过调整目标图像绘制顺序和映射方向,避免了大量冗余计算;同时,充分利用模板技术避免了大量逆向映射的建立,在获得不错绘制效果的同时,进一步提高了计算效率。 (2)提出一种多参考域无Z-Buffer的可见性绘制方法。针对传统无Z-Buffer的绘制技术只能局限于单参考域的问题,引入一个中间视点调整多个参考域之间采样光线的排序关系,给出了一种可行的多参考域无z-Buffer绘制方法,并从理论和实验两方面证明了该方法具有正确的可见性。该方法的优点还在于无需引入新的软件模型及进行繁琐的预处理工作。 (3)提出一种利用多参考域约束关系的快速逆向Image Warping算法一交叉线段算法(Crossed Segment Algorithm,简称CSA)。该算法通过在多个已知深度信息的参考域间建立新的约束关系,利用极线段方程的求解来寻找匹配像素,避免了传统沿极线逐像素搜索验证的过程。这种用求解替代搜索的方法,将单次匹配从极线复杂度降低到边界像素链表复杂度,经实验证明起到了有效的加速作用。 (4)提出一种用于逆向Image Warping的搜索转移算法(Search Transform Algorithm,简称STA)。该算法从极线几何特性出发,将大量匹配搜索运算从参考域转移到目的域。由于目的域搜索过程的复杂度大大低于参考域,而利用空间连贯性又能显著降低参考域的搜索长度,因此STA可以大大降低整个搜索过程的计算量,显著提高计算速度。 (5)提出一种基于空间连贯性的快速逆向Image Warping算法一极线模板法(Epipolar Stencil Algorithm,简称ESA)。该方法利用连贯性约束,通过为相邻像素建立变长的模板快速裁剪当前极线,从而将搜索过程从极线复杂度降低到模板半径复杂度。该算法不但从根本上降低了搜索的复杂度,显著提高计算效率,同时还降低了对场景特征的要求,具有更强的适用性。 (6)提出一种借助于纹理硬件的分层Image Warping模型。由于现有方法大多建立在传统的Image Warping模型之上,映射和重构阶段产生的计算量主要依靠CPU完成的。提出的分层Image Warping模型由等密度映射和纹理重构构成。其中通过采用新的等密度映射方式替代了传统的成像面到成像面的映射,从而将图像重构的过程转化为一个可以依赖纹理硬件快速完成的纹理映射过程。模型中引入了一个多分辨率分层图像结构,并对相关性质和公式进行了推导证明。 (7)设计了基于分层Image Warping模型的正向Image Warping和逆向Image Warping方法,并对实现中的细节问题进行了讨论。新方法仅让CPU完成了最必要的映射任务,而将大量的重构工作交由纹理硬件完成,可以大大提高效率;同时,采用新模型实施图像映射时,分辨率和景深之间存在的联系自然地区分了目的像素之间的连通性,不需要相关预处理就能有效地避免“橡皮擦现象”;此外因为等密度映射是根据参考像素的采样密度进行的,所以纹理重构的过程保证了图像的视觉质量。
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