基于图像的虚拟场景生成技术研究

论文摘要

基于图像的虚拟场景生成技术是以计算机图形绘制、计算机视觉和数字图像处理等学科的理论和方法为基础,利用简单的图像合成代替复杂的几何建模和渲染,克服了传统的基于几何的虚拟场景绘制技术生成场景真实感不强和对复杂场景难以实时绘制的问题,使三维场景的建立变得容易,可实现复杂的虚拟现实系统在普通硬件平台上的推广应用。因此它己成为当前虚拟现实技术中研究的热点。该文以模拟训练环境为应用背景,对基于图像的虚拟场景生成技术进行深入研究,得出以下成果:1.分析了虚拟场景的模型,在此基础上对虚拟场景进行了层次划分,并设计了虚拟场景的生成步骤。该文所采用的虚拟场景模型是以球面全景图像为视点,按照空间中相应的位置关系,将场景中的每个视点通过空间链与其它视点链接构造而成。2.提出了一种基于特征点的图像无缝拼接方法。该方法通过对特征点的提取和匹配,以一种稳健的由粗到精的选择策略进行过滤,较好地解决了特征点之间的误匹配问题,保证以提纯后准确的特征点数据来进行变换估计,从而确定待拼接图像之间的变换参数,进而对加权平滑法进行改进,最终实现了拼接图像无缝融合。实验结果证明此方法拼接后得到的拼接图像能达到较好的视觉效果。3.实现了球面全景图的自动生成。该文首先对采集来的图像进行球面投影,并采用双线性插值算法解决了球面投影后图像出现锯齿的问题;然后推算了球面图像匹配确认的概率模型,实现了球面图像的自动识别,即从一组无序的输入球面图像中按实景进行自动排序;最后采用两步拼接法,完成了球面全景图像的拼接。4.设计并开发了一个基于图像的虚拟场景漫游系统。该系统可以自动生成球面全景图像,进而采用空间链链接成完整的虚拟场景,并通过人机交互实现局部场景的显示。虚拟场景漫游浏览器可以通过鼠标和键盘方向键实现在虚拟场景中的环视、渐近渐远、视点间过渡浏览等效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究内容及组织结构
• 1.4.1 本文研究内容
• 1.4.2 本文组织结构
• 第二章 基于图像的虚拟场景及关键技术
• 2.1 虚拟场景的模型
• 2.1.1 全景图像
• 2.1.2 视点的空间链接
• 2.2 虚拟场景的层次划分
• 2.3 虚拟场景的生成步骤
• 2.4 虚拟场景生成的关键技术
• 2.4.1 图像配准技术
• 2.4.2 图像插值技术
• 2.4.3 图像融合技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于特征点的图像无缝拼接方法
• 3.1 基于特征点的图像拼接方法概述
• 3.1.1 图像拼接方法的分类
• 3.1.2 基于特征点的图像拼接流程
• 3.2 图像采集及预处理
• 3.2.1 图像采集方法
• 3.2.2 图像预处理
• 3.3 特征点选择与提取
• 3.3.1 特征点选择
• 3.3.2 特征点提取
• 3.4 特征点匹配及变换参数估计
• 3.4.1 相关性模板匹配
• 3.4.2 图像变换模型选择
• 3.4.3 图像变换参数的线性估计
• 3.4.4 提纯匹配点集合
• 3.4.5 图像变换参数的非线性估计
• 3.5 拼接图像的无缝融合
• 3.6 实验结果及分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 球面全景图像的自动生成
• 4.1 球面全景图像的生成原理及参数模型
• 4.1.1 球面全景图像的生成原理
• 4.1.2 球面全景图像的参数模型
• 4.2 球面投影变换
• 4.2.1 球面投影图的平面展开图
• 4.2.2 球面投影算法
• 4.3 球面图像的自动排序
• 4.3.1 球面图像自动排序的基本思想
• 4.3.2 球面图像自动排序的步骤
• 4.3.3 球面图像匹配确认的概率模型
• 4.4 球面全景图的拼接
• 4.4.1 同层球面全景图像的拼接
• 4.4.2 相邻层球面全景图的拼接
• 4.5 实验结果及分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于图像的虚拟场景漫游系统实现
• 5.1 虚拟场景的漫游方式
• 5.2 虚拟场景的漫游系统模型
• 5.2.1 虚拟场景的时空关系
• 5.2.2 虚拟场景漫游的信息提取
• 5.2.3 虚拟场景漫游系统框架模型
• 5.3 虚拟场景分区漫游的设计
• 5.3.1 虚拟场景分区漫游原理
• 5.3.2 虚拟场景的动态分配策略
• 5.4 本文所做的虚拟场景漫游系统
• 5.4.1 漫游系统的模块流程图
• 5.4.2 漫游系统的实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 下一步展望
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢