[發(fā)明專利]虛擬3D環(huán)境中的視點(diǎn)選擇

在審

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• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN107230248A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C·胡爾特
• 申請（專利權(quán)）人: 國立民用航空學(xué)院
• 主分類號: G06T15/08
• 分類號: G06T15/08;G06T15/40;G01N23/22
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司72002
• 代理人: 劉瑜,王英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及對計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境的輔助探索，特別是涉及在考慮到遮擋對象的存在時(shí)的最佳視點(diǎn)的選擇。

背景技術(shù)

體積數(shù)據(jù)集(volumetric datasets)存在于許多領(lǐng)域，例如工程學(xué)，材料科學(xué)，醫(yī)學(xué)成像，天體物理學(xué)。體積數(shù)據(jù)集的探索絕非無足輕重，并且在很大程度上受到用戶的特殊需求的影響。例如，在大多數(shù)機(jī)場中，安檢人員在行李檢查的情況下應(yīng)對像這樣的數(shù)據(jù)探索。X射線和斷層攝影是兩種常用的熒光透視掃描系統(tǒng)。X射線系統(tǒng)提供展平的2D行李掃描，而斷層攝影系統(tǒng)產(chǎn)生橫斷掃描，也稱為切片。歸功于諸如Radon變換的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，這些系統(tǒng)可以產(chǎn)生完整的3D掃描，包括具有相應(yīng)密度數(shù)據(jù)的一組體素(voxel)。由于作為結(jié)果的X射線掃描圖像僅包含體素或像素密度，因此其不能顯示原始材料顏色。標(biāo)準(zhǔn)顏色視覺映射使用三種不同的顏色(橙色，綠色和藍(lán)色)來顯示數(shù)據(jù)密度。橙色對應(yīng)于低密度(主要是有機(jī)物)。相反，藍(lán)色用于高密度值(即金屬)。在X射線系統(tǒng)的情況下，綠色對應(yīng)于不同種類的材料或平均密度材料的疊加。

圖1展示了在掃描中物品可能被遮擋的一些方式。如圖1所示，所顯示的2D掃描圖像可能遭受四個(gè)問題：

疊加：威脅物(例如違禁物，如匕首、刀具...)可能被掩蔽在致密(dense)的材料后面。有時(shí)，使用高穿透性(增強(qiáng)的X射線功率)或圖像處理(對比度增進(jìn))等功能，可以看穿該盲式盾構(gòu)(blind shield)。如圖1所示，在右上角中的傘和致密的物體集合101可能會(huì)遮擋感興趣的物品。

位置：取決于威脅物在行李內(nèi)的位置，其可能很難被檢測到。位于角落、邊緣內(nèi)或在行李構(gòu)架內(nèi)部的對象很難識(shí)別。如圖1所示，箱體102的可縮回的拉桿和剛性拐角可能遮擋感興趣的物品。

分離：另一種掩飾威脅物的方式是將其分開且將其部件散布在行李中(武器或炸藥由多個(gè)分開的物件構(gòu)成，比如扳機(jī)、槍管…)。該分離可以與其它掩飾技術(shù)相結(jié)合。如圖1所示。呈現(xiàn)不太可能吸引特別注意的多個(gè)在表觀上莫可名狀的物件103，但是它們可以被組裝而形成某種感興趣的物品。

引誘物：用心不良的個(gè)人會(huì)使用引誘物來隱藏真實(shí)的威脅。例如，比如小剪刀的小威脅物會(huì)是明顯可見的并且抓住安檢人員的注意力，而更重要的威脅物則被隱藏。如圖1所示，金屬棒104會(huì)吸引用戶的注意，而使他們對某些不太明顯可見的威脅物放松注意。

利用直接體積渲染技術(shù)的體積數(shù)據(jù)探索在如下許多科學(xué)領(lǐng)域中對于在視覺上提取相關(guān)結(jié)構(gòu)有極大的幫助：醫(yī)學(xué)成像、天文物理學(xué)，以及更近期地在行李安檢中。為利用該知識(shí)提取，已經(jīng)開發(fā)了許多技術(shù)。在本領(lǐng)域中已知多種現(xiàn)有的基礎(chǔ)技術(shù)，包括體積可視化、傳遞函數(shù)、直接體素操縱和聚焦加上下文交互。

特別地，體積可視化可以利用幾何渲染系統(tǒng)來完成，幾何渲染系統(tǒng)將數(shù)據(jù)變換成表示等面(iso-surface)的一組多邊形。輪廓樹算法和其它替代，比如分支分解，通常用于發(fā)現(xiàn)這些等面。輪廓樹算法易受噪聲影響，這在行李檢查中是成問題的，因?yàn)橹旅懿牧媳热玟撚捎诜瓷鋁射線而產(chǎn)生噪聲。

為了調(diào)查體積數(shù)據(jù)集，可以使用傳遞函數(shù)(TF)。實(shí)際上，傳遞函數(shù)利用具體的顏色(包括其透明度)來映射體素密度。傳遞函數(shù)可以是1維、2維或n維的，并且對隔離體積數(shù)據(jù)中的感興趣結(jié)構(gòu)具有極大幫助。歸功于顏色混合過程，適當(dāng)?shù)膫鬟f函數(shù)也能夠顯現(xiàn)出等面或隱藏密度，以改善體積數(shù)據(jù)可視化。

在環(huán)境(比如結(jié)合圖1所描述的)中出現(xiàn)的具體難題是，用戶對特定的感興趣物品的視圖通常被多個(gè)其它非感興趣物體遮擋。雖然在常規(guī)系統(tǒng)中，用戶不得不手動(dòng)地對確定他的視點(diǎn)的虛擬相機(jī)進(jìn)行重新定位以試圖看穿這些障礙物，但期望提供一種具有減少的對用戶交互的需要的、用于確定可接受的視點(diǎn)的機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)第一方面，提供了一種在包括被定義為多個(gè)體素的多個(gè)虛擬對象的3D計(jì)算機(jī)生成環(huán)境中定位虛擬相機(jī)的方法，這樣的定位提供所述對象中的選定對象的具有來自其他所述對象的最小遮擋的視圖。該方法包括以下步驟：

相對于所述選定對象內(nèi)的參考點(diǎn)針對多個(gè)預(yù)定義虛擬相機(jī)位置中的每一個(gè)計(jì)算總遮擋值，其中，每個(gè)所述總遮擋值是通過計(jì)算從每個(gè)所述虛擬相機(jī)位置到所述參考點(diǎn)的相應(yīng)路徑以及識(shí)別沿著所述路徑的每個(gè)體素來確定的，

通過將所述體素的密度乘以為相應(yīng)密度定義的傳遞函數(shù)值，來計(jì)算沿著每個(gè)所述相應(yīng)路徑的每個(gè)體素的遮擋值，

對針對相應(yīng)的預(yù)定義虛擬相機(jī)位置計(jì)算的、對于沿著每個(gè)所述相應(yīng)路徑的所有體素所確定的遮擋值求和，以獲得總路徑遮擋值，

選擇與具有最小總路徑遮擋值的路徑相對應(yīng)的預(yù)定義虛擬相機(jī)位置，以及