[發(fā)明專利]一種基于單光源的虛實融合光照一致性繪制方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201911379770.0 | 申請日： | 2019-12-27 |
| 公開（公告）號： | CN111145341B | 公開（公告）日： | 2023-04-28 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 趙艷妮;王映輝;徐軍榮 | 申請（專利權(quán)）人： | 陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 |
| 主分類號： | G06T17/00 | 分類號： | G06T17/00;G06T15/50 |
| 代理公司： | 西安弘理專利事務(wù)所 61214 | 代理人： | 羅笛 |
| 地址： | 710038 陜西*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 光源 虛實 融合 光照 一致性 繪制 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種基于單光源的虛實融合光照一致性繪制方法，具體按照如下步驟實施：步驟1，在真實場景中建立已知形狀、大小和顏色的標(biāo)志球，通過標(biāo)志球的陰影區(qū)域?qū)φ鎸崍鼍爸泄庹諒姸冗M行估計；步驟2，采用區(qū)域增長法進行圖像分割提取標(biāo)志球及其陰影，并提取場景的三維特征點；步驟3，通過步驟2提取的標(biāo)志球三維特征點信息，根據(jù)光線跟蹤算法獲得光源的空間位置；步驟4，繪制虛擬模型及其對應(yīng)的陰影效果，步驟5，光源位置不變下移動虛擬物體以及模型位置不變下移動光源位置時的動態(tài)虛實融合場景中光照一致性繪制。本發(fā)明實現(xiàn)了虛實融合場景中光照一致性，使得對虛擬模型進行渲染更具有真實性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實和人機交互方法技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于單光源的虛實融合光照一致性繪制方法。
背景技術(shù)
增強現(xiàn)實已成為計算機圖形學(xué)、計算機視覺等領(lǐng)域的研究熱點，應(yīng)用于教育、醫(yī)療、建筑設(shè)計、影視拍攝、軍事演習(xí)等各方面，而增強現(xiàn)實場景中光照一致性使得用戶在視覺上感覺和真實場景效果一致，增強用戶體驗真實感，因此光照一致性是增強現(xiàn)實中實現(xiàn)真實感的關(guān)鍵，特別是如何在二維圖像中融合一個虛擬三維物體并使其光照一致是虛實融合的一個難題，而這難題解決中從二維圖像中獲得三維光照方向和光照強度更顯困難。
增強現(xiàn)實中光照一致性研究處于初步階段，且存在如何同時獲得真實場景中光照強度和方向使得虛實融合后的場景具有一致的光照效果，且沒有更好方法使虛實融合后場景進行變化而實時獲得模型光照效果。如果不解決真實場景光照效果對虛擬物體的綜合影響因素以及實時獲得光照效果則會影響用戶對增強現(xiàn)實場景的真實體驗，使得融合后的場景更加難以讓用戶接受。因此，研究獲取真實場景中光源的方向和強度的方法，進行實時繪制，不僅能解決通過獲得真實場景進行處理獲得場景中光源對應(yīng)的空間位置和光照強度也能使得虛實融合場景更具有真實性。
目前對增強現(xiàn)實場景中光照一致性方面的研究大部分在相對固定的環(huán)境下，采取一定的方法獲取真實場景中的光照強度和光照方向，進而對融合后的虛擬物體進行渲染，獲得和真實場景中一致的光照效果。但是對繪制在場景中的虛擬物體進行移動或者變化場景中光源的位置時候的虛實融合光照一致性問題研究較少，方法也有待提高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于單光源的虛實融合光照一致性繪制方法，針對虛實融合場景下，光源方向發(fā)生改變或融入場景中的模型位置發(fā)生改變前提下光照一致性繪制問題，提出了動態(tài)融合場景下光照一致性繪制方法，使得場景中虛擬物體繪制出的光照效果和真實場景中的光照效果保持一致，實現(xiàn)對虛擬模型更加真實的渲染效果。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于單光源的虛實融合光照一致性繪制方法，具體按照如下步驟實施：
步驟1，在真實場景中建立已知形狀、大小和顏色的標(biāo)志球，通過標(biāo)志球的陰影區(qū)域?qū)φ鎸崍鼍爸泄庹諒姸冗M行估計，同時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)域增長法進行圖像分割提取標(biāo)志球及其陰影，并提取場景的三維特征點；
步驟3，通過步驟2提取的標(biāo)志球三維特征點信息，根據(jù)光線跟蹤算法獲得光源的空間位置；
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，實現(xiàn)虛實融合光照一致性繪制；
步驟5，光源位置不變下移動虛擬物體以及模型位置不變下移動光源位置時的動態(tài)虛實融合場景中光照一致性繪制。
本發(fā)明的特征還在于，
步驟1具體為：
步驟1.1，借助輔助標(biāo)志物方法獲取真實場景中光照強度，在真實場景中建立已知形狀、大小和顏色的藍(lán)色球體作為標(biāo)志球；
步驟1.2，根據(jù)光源的位置、視點方向、法向量以及采樣點的位置把對場景中圖像分為可視區(qū)和非可視區(qū)，提取出視角下標(biāo)志球的光照可視區(qū)；
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