[發明專利]一種基于區域求和的立方體圖的圖像濾波方法

有效

• 申請號: 201710871132.5
• 申請日: 2017-09-24
• 公開（公告）號: CN107808370B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 肖懿;朱賢益
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06T5/20
• 分類號: G06T5/20;G06T15/04;G06T15/50;G06T15/60
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• 代理人: 暫無信息

區域求和表(summed area table，SAT)技術原本是用來處理二維矩形的數據。根據球面函數的特性，SAT并不能直接處理球面函數和立方體圖。本發明針對立方體圖，設計了一個新SAT的表示方式，將立方體圖看作三維輔助函數的一部分，這個三維輔助函數定義在三維矩形空間內。其主要思路是將立方體上的二維積分過程轉換為三維輔助函數上的三維積分。本發明實際上為三維輔助函數創建了一個三維的SAT，然后利用這個三維的SAT實現三維積分。這個三維的SAT并不是球面的SAT，但是它具有一些良好的特性使其能保存在本發明的數據結構中，這個數據結構就是區域求和立方體圖(summed?area cube map，SACM)。而SACM適用于標準的立方體圖紋理當中，SACM的取值方法能被高效地應用在現有的圖形設備中，同時繼承了原始的SAT的特性。

技術領域

本發明涉及計算機圖像渲染和計算機視覺領域，可以應用于圖像渲染中環境映射、全局光照和陰影繪制過程，視覺領域的目標識別過程。

背景技術

環境貼圖(environment map)是將離散圖像組成的數字化圖像，在場景的渲染過程中需要對環境貼圖進行濾波，以實現反走樣、柔和陰影、高光反射等效果。在這些應用中，濾波算法的速度和質量直接決定了渲染的速度與圖像的質量。圖像濾波需要對環境貼圖上任意的一個區域進行積分。對于區域長寬為w像素的濾波，直接采用點采樣方式進行濾波的時間復雜度為O(w²)。當區域濾波較大時，這在要求實時速度的應用中是不可行的。對于二維圖像可行的常數時間濾波方法，有基于預計算的Mipmap方法和區域求和法(summed areatable,SAT)。這類方法一般通過讀取一個預先計算的數據結構中的相應位置并進行簡單運算，得到最終需要的濾波結果，從而實現對任意大小的區域的固定時間的濾波。

然而，與二維圖像不同的是，環境貼圖是對球面(閉合曲面)函數的參數化采樣，其數據連續無邊界。其中最常用的立方體圖(cube map)，環境的信息會分布在立方體的六個面上，相鄰面之間的內容是連續的。當濾波區域分布在多個面上時，直接利用Mipmap或者SAT方法分別對每個面進行濾波會忽視內容的連續性，從而導致濾波失真。

本發明保證了濾波內容連續的基礎上，利用預計算的思想設計了立方體圖和SAT相結合的數據結構和讀取方法，實現高質量的實時常數時間濾波。將立方體圖定義為在三維矩形空間中的三維輔助函數的一部分，把立方體圖上的二維積分過程轉換為三維輔助函數上的三維積分。事實上，本發明為三維輔助函數定義了三維SAT，利用三維的SAT完成三維積分。這種特殊的三維的SAT被稱為區域求和立方體圖(summed-area cube map,SACM)，能被存儲在標準的立方體圖紋理中。SACM的濾波方法可以有效地應用在現有的圖形硬件當中，并且擁有原始SAT的良好特性。

發明內容

在保證濾波內容連續的基礎上，本發明將立方體圖與SAT相結合，定義了一個新的數據結構SACM和對應的濾波方法。新的數據結構SACM繼承了原始SAT的特性，能夠在固定時間內快速完成區域積分，并且利用數據冗余可以這個數據結構存儲在標準的立方體紋理中，其濾波方法可以高效地應用在現有的GPU圖形設備上，實現高質量的實時的O(1)時間內濾波。

本發明內容由兩個部分組成，首先是SACM數據結構的生成過程，然后是基于SACM的濾波技術。

1.SACM數據結構的生成

SACM數據結構的生成由兩個部分組成：二維SAT的生成，以及SACM數據結構的生成。

1.1二維SAT的生成

二維SAT生成過程是一項基本步驟，在SACM數據結構生成時將用到這個基本步驟。這個過程的輸入為一維的閉合函數，如圖1所示一維的閉合函數；輸出為二維的SAT。其流程如算法1所示：

1.2 SACM數據結構的生成