[發(fā)明專利]一種基于單光源的虛實(shí)融合光照一致性繪制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911379770.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111145341B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙艷妮;王映輝;徐軍榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06T15/50
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 羅笛

1.一種基于單光源的虛實(shí)融合光照一致性繪制方法，其特征在于，具體按照如下步驟實(shí)施：

步驟1，在真實(shí)場(chǎng)景中建立已知形狀、大小和顏色的標(biāo)志球，通過(guò)標(biāo)志球的陰影區(qū)域?qū)φ鎸?shí)場(chǎng)景中光照強(qiáng)度進(jìn)行估計(jì)，同時(shí)讀取攝像頭信息獲取標(biāo)志球的二維圖像；

步驟2，采用區(qū)域增長(zhǎng)法進(jìn)行圖像分割提取標(biāo)志球及其陰影，并提取場(chǎng)景的三維特征點(diǎn)；具體為：

步驟2.1，采用區(qū)域分割法中的區(qū)域增長(zhǎng)法對(duì)步驟1獲取的二維圖像進(jìn)行分割，提取標(biāo)志球及其陰影；

具體為：首先在二維圖像中交互選擇種子點(diǎn)，初始化圖像，獲得圖像大小和每個(gè)點(diǎn)像素值及圖像二維坐標(biāo)；然后對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理，獲得圖像灰度均值，將種子點(diǎn)四領(lǐng)域內(nèi)的點(diǎn)和灰度均值差的絕對(duì)值與給定閾值相比，若符合閾值，則加入種子點(diǎn)所在區(qū)域，并以此點(diǎn)作為種子點(diǎn)進(jìn)行遍歷；若不符合閾值，則屬于其它區(qū)域，遍歷最終將標(biāo)志球及陰影分割出來(lái)；

步驟2.2，基于步驟2.1提取的標(biāo)志物及陰影，獲得每個(gè)陰影點(diǎn)二維坐標(biāo)，通過(guò)場(chǎng)景的二維圖像構(gòu)建其對(duì)應(yīng)的三維空間；具體為：

首先在陰影區(qū)域內(nèi)任意取不共線的三點(diǎn)，建立陰影平面S_影，設(shè)標(biāo)志球與陰影平面接觸點(diǎn)的空間坐標(biāo)為A(x,y,z)，其屏幕坐標(biāo)為A_屏(m,n)，由此可求得離標(biāo)志球表面最遠(yuǎn)點(diǎn)的空間坐標(biāo)B(x₁,y₁,z₁)，根據(jù)陰影區(qū)域?qū)ふ遗cA_屏(m,n)最遠(yuǎn)的陰影區(qū)域內(nèi)點(diǎn)C_屏(m₂,n₂)，計(jì)算|A_屏C_屏|記為深度d₁，取點(diǎn)A_屏和C_屏中心點(diǎn)D_屏，在陰影區(qū)域內(nèi)尋找距離D_屏最近陰影點(diǎn)E_屏，計(jì)算2|D_屏E_屏|記為深度d₂，設(shè)C_屏對(duì)應(yīng)空間坐標(biāo)C(x₂,y₂,z₂)，根據(jù)模型矩陣、當(dāng)期的投影矩陣以及向量BC，利用圖形學(xué)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理，求得A點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟2.3，步驟2.2提取陰影過(guò)程中容易把標(biāo)志球背面的點(diǎn)誤判為陰影點(diǎn)，因此需要把標(biāo)志球的背面和陰影區(qū)域分離出來(lái)；具體分離方法為：通過(guò)圖像計(jì)算出標(biāo)志球球心對(duì)應(yīng)圖像的中心位置點(diǎn)O，然后根據(jù)陰影區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)到中心位置O點(diǎn)的距離d和標(biāo)志球的半徑進(jìn)行比較，取半徑為r，如果dr，則說(shuō)明該點(diǎn)是陰影區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)，否則說(shuō)明該點(diǎn)是標(biāo)志球上的點(diǎn)；

步驟3，通過(guò)步驟2提取的標(biāo)志球三維特征點(diǎn)信息，根據(jù)光線跟蹤算法獲得光源的空間位置；具體為：

步驟3.1，根據(jù)步驟2.2獲取標(biāo)志球A空間坐標(biāo)A(x，y，z)，標(biāo)志物球心為O(x₀，y₀，z₀)，分別選取距A點(diǎn)最遠(yuǎn)的標(biāo)志物上點(diǎn)B和陰影上點(diǎn)C，設(shè)坐標(biāo)分別為B(x₁，y₁，z₁)、C(x₂，y₂，z₂)，選取陰影區(qū)域點(diǎn)集合為V，在陰影區(qū)域點(diǎn)集合中選取點(diǎn)E和F，使點(diǎn)E、F滿足式(10)：

步驟3.2，計(jì)算E、F中心點(diǎn)D，則P、D、O三點(diǎn)在同一條直線上；

步驟3.3，點(diǎn)光源位置P(x₃，y₃，z₃)分別與B、C及D、O在同一條直線上，點(diǎn)光源P位置由式(11)獲取:

其中，k₁、k₂為常數(shù)；

步驟4，根據(jù)步驟2提取標(biāo)志球及其陰影和步驟3獲得光源的空間位置，在空間中繪制虛擬模型及光照效果，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合光照一致性繪制；

步驟5，光源位置不變下移動(dòng)虛擬物體以及模型位置不變下移動(dòng)光源位置時(shí)的動(dòng)態(tài)虛實(shí)融合場(chǎng)景中光照一致性繪制。