增强现实中虚实融合光照一致性研究

摘要

增强现实是虚拟现实技术的拓展,通过把计算机生成的虚拟对象与真实环境融为一体的方式来增强用户对真实环境的理解和体验。增强现实的研究目标是实现虚拟对象与真实场景的虚实融合,在动、静态的真实场景画面中加入虚拟对象时,虚拟对象在几何和光照方面要和真实场景中的其它物体相一致。本文研究工作集中在光照一致性方面,主要研究工作如下:
　　 1.介绍了增强现实的研究现状与发展方向,对增强现实的关键技术作了比较深入分析。对光照一致性算法的研究现状作了较全面的研究,对其优缺点进行了对比。介绍了光照与材质、光照模型和GPU等与实时光照计算相关的技术。
　　 2.首先分析了真实世界中光照状况,对现有研究工作获取光照方法和绘制结果进行较详细的比较,从而得出结论,用高动态范围图像来表示复杂光照,可以得到令人满意的结果,满足增强现实研究目标,最后对获取真实场景光照的方法进行了总结。
　　 3.针对现有研究工作对虚拟对象反射特性缺乏深入研究的问题,本文提出了采用Cook Torrance光照模型进行虚实场景的实时光照计算,利用球面调和基函数的方法,实时地计算高动态范围图像的光照系数,在着色器计算得到漫反射分量,通过环境映射技术对镜面反射进行模拟,全部光照计算在GPU中完成。
　　 4.作为实时光照计算的后期效果处理,提出了一种改进的高斯滤波器,模拟了逼真的眩光效果。同时,还模拟了透明材质的虚拟对象的光线折射效果,绘制出虚实融合的场景,产生全局照明的真实感效果,使虚实场景更具真实感。