基于眼睛生理的凝视效果模拟

论文摘要

随着对人类视觉生理及心理的深入了解,基于人类视觉系统(Human Vision System, HVS)的凝视绘制技术逐渐成为图形学的研究热点。这种技术通过略去不为用户感知的画面区域的图像细节来提高图像的绘制和显示效率。该技术在虚拟现实领域有着广泛的应用,比如驾驶培训,虚拟博物馆,全景立体电影、计算机游戏等。另一个主要的应用是视觉感知的实验性研究。本文主要提出了两种凝视效果的绘制方法：第一种基于图像后处理,第二种基于模型绘制。本文第1章介绍了凝视效果绘制的意义及应用,同时回顾了国内外在凝视绘制方面的研究进展,并简述本文的主要研究工作。本文第2章介绍了与本文相关的涉及人类视觉系统的生理学理论基础知识,为此后算法模型的设计和建立提供了依据。本文第3章提出了一种有效的基于Mipmap金字塔的凝视绘制方法。算法首先计算临界频率,得到空间变化的高斯核半径；然后用逐像素最小均方差方法进行匹配,将其关联到对应的Mipmap等级；再利用双边滤波模式实现非线性Mipmap插值获得最终的图像,通过GPU的加速,使算法实时地应用于三维场景的后处理。本文第4章提出了基于非均匀采样的凝视绘制技术。首先,建立薄透镜模型来模拟人眼的光学系统；其次,用深度剥离技术生成多层场景深度图像,使得原本耗时的场景求交算法变成光线与图像的求交,从而使速度得到了极大的提升；然后,根据视敏度模型,生成符合人眼感知的图像采样点；接着,用高斯权重插值的方法,计算非采样点的颜色；最后,通过GPU技术,达到实时要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图目录
• 表目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 基于图像的凝视绘制技术
• 1.2.2 基于模型的凝视绘制技术
• 1.3 本文工作
• 1.4 本文内容组织
• 第2章 理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 人眼的生理结构
• 2.3 视敏度
• 2.3.1 空间分辨率对视敏度的影响
• 2.3.2 亮度对视敏度的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于非线性金字塔的凝视绘制算法
• 3.1 引言
• 3.2 基于非线性金字塔的中心凹滤波算法
• 3.2.1 视敏度模型
• 3.2.2 计算空间变化的Gaussian核函数
• 3.2.3 Mipmap金字塔的建立
• 3.2.4 Gaussian核函数和Mipmap金字塔的关系
• 3.2.5 非线性Mipmap插值
• 3.3 结果
• 3.3.1 凝视点变化的视敏度模拟
• 3.3.2 视距变化时的视敏度模拟
• 3.3.3 亮度变化的视敏度模拟
• 3.4 讨论
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于薄透镜的非均匀采样凝视绘制技术
• 4.1 引言
• 4.2 薄透镜系统
• 4.2.1 传统的透镜模型
• 4.2.2 本文的透镜模型
• 4.3 样本点选取
• 4.4 深度剥离（depth peeling）
• 4.5 求交计算
• 4.5.1 深度值转换
• 4.5.2 求交算法
• 4.6 高斯权重插值
• 4.7 具体技术实现
• 4.8 结果
• 4.8.1 同一深度不同凝视点的效果比较
• 4.8.2 不同深度的凝视点效果比较
• 4.8.3 不同透镜半径的凝视效果比较
• 4.8.4 不同透镜采样率的效果比较
• 4.9 讨论
• 4.10 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本文的工作总结
• 5.2 未来工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果
• 致谢