基于LMS的纹理重建算法及模型真实感渲染

摘要

随着计算机图形学的飞速发展，虚拟现实、数字博物馆、数字城市、逆向工程等领域对实物精确建模的需求不断扩大，而三维激光扫描技术以其速度快，精度高，不受实体表面复杂度影响等特点，在上述领域具有不可替代的作用，充分体现出其技术先进性和强大的生命力。在各关键技术的发展过程中，研究热点多集中在三维几何信息的提取与表面重建方面，却较少考虑纹理特征。对于需要体现模型表面特征、甚至要求具有照片级真实感的应用，实现具有视觉真实感的纹理映射技术尤为重要。 本文提出了真实感纹理映射中存在的问题，并根据纹理映射原理、光照理论等给出解决方案，主要工作如下： (1)从实验室现有条件出发，探讨了基于三维激光扫描仪(LMS)进行实体三维重建的相关原理和技术，进而提出纹理映射中由于纹理图象的光照差异而影响最终模型真实感的问题； (2)为对纹理图象进行光照一致性调整，研究了光照模型和光照一致性技术，提出了全局自动纹理重建算法，对室内及和室外不存在建筑物互相遮挡的情况有较好的效果。对于室外大规模场景，提出了一种改进的基于模型的纹理重建算法。并对实验结果进行了分析； (3)为将重建的三维模型应用于其他场景中，对光线跟踪及其加速算法进行了研究和分析，设计了光线跟踪程序模拟遮挡和真实感渲染效果，并将该算法应用于纹理模型的真实感渲染。 上述算法均在VC++平台下结合OpenGL进行了实现，并以本实验室的三维激光扫描设备采集实验数据，对算法进行了实验。实验结果表明，通过对纹理图像光照的重建，可得到的纹理模型具有更高的真实感，并且可将该模型置于新的光照环境下进行渲染，取得较好的视觉效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题背景及研究意义

1.1.1选题背景

1.1.2研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1纹理光照重建

1.2.2光线跟踪

1.3三维激光扫描技术的应用领域

1.4论文主要工作和结构安排

2三维激光测量及纹理映射技术

2.1本课题采用的三维激光扫描仪介绍

2.1.1三维激光扫描的相关知识

2.1.2本文采用的软硬件设备

2.2三维激光扫描技术建模流程

2.3纹理映射原理

2.3.1纹理映射技术

2.3.2纹理映射中的成像原理

2.3.3本课题中的纹理映射

2.4纹理问题的提出

2.5本章小结

3纹理光照重建算法

3.1光照模型

3.1.1双向反射分布函数(BRDF)

3.1.2 Lambert模型

3.1.3 Phong模型

3.1.4简单的局部光照模型

3.2光照一致性技术

3.2.1逆向绘制技术

3.2.2基于图像的重光照(Relighting)

3.3全局自动纹理重建算法

3.3.1算法原理

3.3.2算法流程及步骤

3.3.3实验结果及算法分析

3.4基于模型的纹理重建算法

3.4.1算法原理

3.4.2算法流程及步骤

3.4.3算法试验结果及分析

3.5本章小结

4真实感渲染及光线跟踪算法

4.1光线跟踪算法基本原理

4.1.1光线跟踪算法基本思想

4.1.2光线跟踪基本过程

4.1.3光线跟踪显示真实感图形的优点

4.2改进的光线跟踪算法

4.2.1三维DDA算法

4.2.2空间八叉树剖分技术

4.2.3包围盒技术及其改进技术

4.3几种改进算法的性能分析和比较

4.4光线跟踪应用于纹理重建及真实感渲染

4.5本章小结

5系统实现及实例分析

5.1基于OpenGL的实验平台的构建

5.1.1基于OpenGL的实验平台环境

5.1.2实验平台功能模块介绍

5.1.3实验数据格式简介

5.2实验平台运行实例结果及分析

5.2.1重光照结果分析

5.2.2光线跟踪实现真实感渲染结果分析

6总结与展望

6.1工作总结

6.2进一步的研究方向

致谢

参考文献