[發明專利]三維點采樣數據高性能渲染方法

無效

• 申請號: 201110203177.8
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102214366A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: 王仁芳
• 申請（專利權）人: 浙江萬里學院
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司 33214
• 代理人: 王曉峰

技術領域

本發明涉及計算機圖形處理領域，特別涉及一種三維點采樣數據高性能渲染方法。

背景技術

3D掃描獲取技術的快速發展，使3D點采樣數據模型已成為繼一維的聲音數據、二維的圖像數據與視頻數據之后的一種新興數字媒體。在逆向工程、工業產品創新設計、數字娛樂、影視動畫、電子商務、通信、物理模擬、文物保護與修復等領域中，3D點采樣數據模型有著廣泛的應用，且產生了越來越深遠的影響。近年來，已涌現出多種3D點采樣數據的建模和造型方法，這使得高性能、快速高質量地渲染繪制3D點采樣數據成為一項非常重要的工作。

自2000年Rusinkiewicz和Levoy開發了QSplat點繪制系統以來，已出現了多種基于點的繪制方法和技術。QSplat利用層次包圍球數據結構，實現了3D點采樣數據的快速顯示，然而其不足是產生嚴重的圖形走樣。Zwicker等將信號處理的思想應用到點的繪制中，提出了橢圓加權Elliptical?Weighted?Average，EWA算法，將屏幕空間的重采樣和濾波巧妙地結合在一起，很好的解決了點繪制的走樣問題，得到了高質量的繪制結果；但該算法是純軟件實現的。Ren等推導出物體空間的EWA濾波算子，并基于GPU實現該算法，因此提高了繪制速度。Dachsbacher等將點模型的層次結構序列化為線性數組，基于此將繪制算法由層次樹的遍歷轉化為線性數組的遍歷，從而提高了繪制效率。

基于硬件的EWA算法盡管提高了繪制速度，然而也存在相應的不足。其一，通常需要進行多遍繪制，在第一遍繪制的時候，需要將物體向遠離視角的方向移動一個微小的偏移量后再對深度緩存進行繪制，然而偏移量大小的確定不是件容易的事，偏移量太大或者太小都會影響到繪制效果。其二，多遍繪制算法只繪制位于視角最前端的點，因此無法逼真的繪制半透明體。

發明內容

本發明克服了上述現有技術中的不足，提供了一種三維點采樣數據高性能渲染方法，通過設計單遍繪制方案提高渲染速度，通過EWA增強渲染的質量。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種三維點采樣數據高性能渲染方法，所述渲染方法包括下述步驟：(1)構建采樣點最近鄰域集的局部隱式曲面，基于此估算法向；(2)協方差分析鄰域點集，確定采樣點在其切平面上的橢圓表示；(3)利用橢圓加權濾波，繪制3D采樣點；(4)按照采樣點在當前視角下深度值進行的動態排序，設計三維點采樣數據從遠到近的單遍繪制方法。

為實現發明目的，在步驟(1)中，采樣點的法向是通過計算隱式曲面的梯度得到，具體是：

(a)利用kD樹快速搜索采樣點的k最近鄰域N_k(p_i)，依據三維采樣點采樣數據的規模n取k∈[9，30]；

(b)基于徑向基函數RBF，RBF即radial?basis?functions，并采用法矢約束的方式加入約束點，在采樣點集N_k(p_i)上重構采樣點p_i的局部隱式曲面。

給定R³空間的l個散亂點{p₁，...，p_l}，插值它們的RBF隱式曲面一般形式為：

f(r)=Σi=1lwiφ(r-pi)+P(r)=0]]>式①

由l個散亂點所給定的方程約束條件為