[發(fā)明專利]一種基于場景夜景圖的光源自動(dòng)排列方法

有效

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• 申請(qǐng)日: 2016-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN106709977B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王莉莉;李曉東;孟春雷;趙琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T15/00
• 分類號(hào): G06T15/00;G06T15/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

本發(fā)明公開了一種基于場景夜景圖的光源自動(dòng)排列方法，屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：首先對(duì)輸入的夜景圖進(jìn)行預(yù)處理，包括對(duì)圖片進(jìn)行裁剪，分割，灰度化，二值化生成目標(biāo)對(duì)比圖像。然后對(duì)相機(jī)位內(nèi)外參數(shù)將進(jìn)行估計(jì)，通過遍歷相機(jī)參數(shù)，計(jì)算每次改變參數(shù)后的投影圖形，通過比對(duì)目標(biāo)圖形的輪廓數(shù)據(jù)，建立衡量函數(shù)，選取方位最佳相機(jī)參數(shù)。接著對(duì)三維模型進(jìn)行可控?cái)?shù)量重采樣，結(jié)合夜景圖信息，計(jì)算出光源采樣點(diǎn)的位置和顏色信息，生成較為均勻的離散光源信息，最后采用Lambert反射模型，進(jìn)行多光源渲染，展示恢復(fù)效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于場景夜景圖的光源自動(dòng)排列方法，屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在日常生活中，我們可以看到各種漂亮絢麗的建筑夜景。在三維世界中，為了渲染漂亮的夜景圖，需要對(duì)場景進(jìn)行燈光編輯。一般情況下，由美術(shù)工作者對(duì)場景進(jìn)行手工編輯。但是，在大型模型中，點(diǎn)光源有數(shù)千甚至上萬個(gè)，單純的手工編輯，鼠標(biāo)點(diǎn)選，不僅繁瑣，而且效率低下，需要一種自動(dòng)化的方法來完成此項(xiàng)工作。

基于夜景圖來布置光源的核心在于相機(jī)標(biāo)定。目前的相機(jī)標(biāo)定方法包括基于主動(dòng)視覺的相機(jī)標(biāo)定方法是在已知相機(jī)的某些運(yùn)動(dòng)信息的情況下進(jìn)行標(biāo)定相機(jī)，這些信息有定性的和定量的，由于知道了一些相機(jī)的運(yùn)動(dòng)信息，基于主動(dòng)視覺的相機(jī)標(biāo)定方法求解相機(jī)的參數(shù)是線性的，所以算法具有較高的魯棒性。由于傳統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定方法要求高精度的設(shè)備，張正友在1998年提出了一種新方法，其求解相機(jī)參數(shù)的初值時(shí)采用相機(jī)成像的線性模型，然后給出考慮了非線性模型中的分線性畸變因素的目標(biāo)函數(shù)，通過非線性最優(yōu)化的方法可以求得相機(jī)參數(shù)的最優(yōu)解。這種標(biāo)定方法具有較好的魯棒性、實(shí)用性和較高的精度，避免了傳統(tǒng)方法需要高精度設(shè)備的要求，適合辦公、家庭使用的桌面視覺系統(tǒng)。不足之處在于該方法不能給非線性最優(yōu)化提供一個(gè)比較理想的初始值，因其在第一步求解相機(jī)參數(shù)初始值時(shí)采用的是整幅圖像的像點(diǎn)。至今，相機(jī)標(biāo)定技術(shù)還在不斷的研究和發(fā)展中。但是，目前為止，基于單張圖片進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，利用以往的方法并未體現(xiàn)出較好的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于場景夜景圖對(duì)三維場景多光源自動(dòng)排列方法。并利用GPU硬件的計(jì)算能力，提高了計(jì)算與繪制效率。該方法主要是采用一種自適應(yīng)的方法，建立單張二維彩色夜景圖同真實(shí)三維模型的映射關(guān)系，從而恢復(fù)單方向的光源信息。然后利用模型本身特征，進(jìn)行可控?cái)?shù)量的全方位采樣，根據(jù)單方向恢復(fù)的光源信息重建三維方向的光源信息，并利用光照模型在GPU加速下進(jìn)行繪制。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案為：一種基于場景夜景圖的光源自動(dòng)排列方法，該方法包括如下步驟：

步驟(1)、針對(duì)輸入的RGB建筑物彩色夜景圖，進(jìn)行裁切、提取輪廓、灰度化、二值化預(yù)處理，生成比對(duì)的目標(biāo)圖像；

步驟(2)、利用模擬退火原理，采用貪心的思路從不同位置對(duì)場景進(jìn)行相機(jī)采樣，同目標(biāo)圖像對(duì)比，估計(jì)相機(jī)模型參數(shù)，找到三維模型和二維夜景圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

步驟(3)、在模型表面進(jìn)行數(shù)量可控的均勻采樣，由于從二維圖片到三維的映射產(chǎn)生的點(diǎn)位置存在誤差，分布不均勻，數(shù)量不可控等原因，需要對(duì)樣本點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)行重采樣，采用泊松盤碟采樣算法重采樣的樣本點(diǎn)應(yīng)具有分布較均勻，數(shù)量可控制的特點(diǎn)；

步驟(4)、步驟(3)生成的采樣點(diǎn)作為多光源進(jìn)行繪制，查看繪制的效果。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中具體步驟如下：

步驟(1a)、從輸入圖片中選取包含建筑物主體部分，按照設(shè)定的寬高width，height對(duì)模型進(jìn)行裁剪，裁剪的大小將是最終在OpenGL搜索時(shí)的窗口大小；

步驟(1b)、在步驟(1a)基礎(chǔ)上提取輪廓，生成輪廓矩陣，存儲(chǔ)位置和顏色信息；