(Image Based Rendering, IBR)

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(Image Based Rendering, IBR) 基于图像的绘制技术 (Image Based Rendering, IBR)

传统图形学 难以达到真实感效果 建模复杂 计算和显示开销大

基于图像的绘制 直接从拍摄的图像合成新视点的视图 建模简单 显示速度快 真实感强

相关领域 基于图像的光照(Image Based Lighting) 计算机视觉 从图像中获取场景物体的光照属性 从图像中获取场景物体的几何信息

基于图象的绘制与计算机图形学和视觉的关系

基于图像的绘制过程

基于图像的绘制中的重要方法 几何和图像混合建模(Hybrid Geometry- and Image-based Approach [DTM96]) 视图插值和变形(View Interpolation[CW93] / View Morphing[SD96]) 全视函数(Plenoptic Function-based ) 图象拼接(mosaic) 立体视觉(Stereo Vision)

几何和图像混合建模过程(图示)

几何和图像混合建模过程 拍摄照片,交互指定建筑物边缘 生成建筑物粗模型 利用基于模型的立体视觉算法精化模型 利用基于视点的纹理映射合成新视图

几何和图像混合建模特点 可以通过拍摄的几张照片合成逼真的新视图,简单快捷 只能适用于普通建筑物等外形规整的景物

视图插值方法(View Interpolation) 要求新视点位于两参考图象视点所决定的直线(基线,baseline)上。由参考图线性插值产生新视图。 一般情况下不能产生正确的透视投影结果,而只生成近似的中间视图。

视图变换方法(View Morphing) 利用参考图像上像素点重投影生成新视图 利用投影知识决定的变形位置

视图插值/变换方法特点 简单方便,只要求几幅参考图像 漫游范围受限,只能在几幅参考图像的视点连线之间作有限运动 常用于加速图形学中的绘制速度

基于全视函数的IBR 全视函数原型[AB91]

基于光场的显示 Light Field Rendering[LH96] and Lumigraph [GGSC96]

基于光场的显示:特点 基于“自由空间中沿一条光线传递的辐射能不变”的假设,把全视函数简化为描述离开或进入一封闭自由空间(如空立方体)的完全光流分布 由于只考虑视流信息,因此不必对反射属性作假设,不需要立体对应关系 数据量大,采样困难

全景图(Panorama ) 在一个视点拍摄的几幅图像,通过整合(registration)拼接成一个视点周围的场景视图,投影在圆柱面或者球面上成为全景图。

全景图方法特点 只需在一个视点拍摄的几张照片,数据量小,采样方便。 视点不能移动,但是可以转动观察方向,通过放大缩小(zoomin/zoom out)进行近似的前后运动

同心拼接(Concentric Mosaics) 通过沿一系列同心圆切线方向拍摄的狭缝图像(slit images)拼合成同心拼接

利用同心拼接合成视图原理

使用普通照相机获取狭缝图像

同心拼接方法特点 只需在一个圆上拍摄的一系列图像,采样方便。 视点可以在采样圆内做平面移动,生成场景真实感强 数据量较光场等全视函数方法为小 移动范围受限,基于狭缝图象的绘制:有场景畸变现象

同心拼接的畸变

基于狭缝图象段的绘制 将同心拼接中使用的狭缝图象进一步分为狭缝图象段 测定不同距离上对应狭缝图象段的伸缩比例 利用狭缝图象段的伸缩进行正确的绘制

基于狭缝图象段的绘制:采样 在两个同心圆上采集场景图象,分别称为参考图象和数据图象 分割成狭缝图象段 建立参考图象和数据图象之间的狭缝图象对应关系

基于狭缝图象段的绘制:绘制

基于全视函数的方法比较

演示程序 Demo