本文關(guān)鍵詞：基于光度立體視覺(jué)的測(cè)量材質(zhì)幾何特征重構(gòu)

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【摘要】：真實(shí)感渲染技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,對(duì)復(fù)雜材質(zhì)的真實(shí)感渲染在動(dòng)漫影視、廣告宣傳、產(chǎn)品輔助設(shè)計(jì)、服裝輔助設(shè)計(jì)等領(lǐng)域起著重要作用,是學(xué)術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域研究與關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中,對(duì)布料織物、皮膚等復(fù)雜材質(zhì)的渲染難點(diǎn)在于,材質(zhì)的高度真實(shí)感呈現(xiàn)依賴(lài)于其幾何建模以及材質(zhì)建模。幾何建模描述物體的形狀特性,是構(gòu)建物體表面的可見(jiàn)凹凸特征的宏觀幾何結(jié)構(gòu),而材質(zhì)建模描述物體對(duì)光照的反射特性,是構(gòu)建能夠影響高光分布的微觀幾何結(jié)構(gòu)。相同幾何模型的不同物體,由于表面幾何結(jié)構(gòu)、材料、密度、顏色等屬性存在差異,在不同光照下會(huì)呈現(xiàn)出復(fù)雜而豐富的光學(xué)現(xiàn)象。將幾何建模與材質(zhì)建模結(jié)合,雙向紋理函數(shù)(Bidirectional Texture Function, BTF)變成了一個(gè)很好的選擇。BTF能夠定義與傳遞任意材質(zhì)表面的唯一性,考慮光源和視點(diǎn)的因素,捕捉陰影、掩膜與復(fù)雜的非漫反射效果,使材質(zhì)具有真實(shí)感,無(wú)人造痕跡。BTF是一種6維的紋理表示方法,包括光源、視點(diǎn)、位置信息,采集、測(cè)量、捕獲真實(shí)世界的各種材質(zhì)的信息,將真實(shí)感材質(zhì)表示為在變換光照和視角方向下的二維紋理。測(cè)量裝置對(duì)材質(zhì)在不同光源與視角方向下捕獲的圖像序列,即為BTF數(shù)據(jù),因而B(niǎo)TF可以被看成空間變換的BRDF和中觀-幾何結(jié)構(gòu)的結(jié)合。本文旨于從BTF數(shù)據(jù)中重構(gòu)材質(zhì)的中觀幾何結(jié)構(gòu),包括物體表面的法向信息和深度信息,而重構(gòu)的對(duì)象為毛衣織物、壁紙、窗簾等材質(zhì)。從圖像中重構(gòu)材質(zhì)的幾何特征,常采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的三維重建方法,恢復(fù)物體表面的朝向,并根據(jù)表面的梯度場(chǎng)信息來(lái)擬合曲面。常見(jiàn)的三維重建方法有Shape From X方法、光度立體視覺(jué)法(Photometric Stereo)、運(yùn)動(dòng)圖像序列法、立體視覺(jué)法等方法。其中,光度立體視覺(jué)的方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且適用于任意近似漫反射表面的三維重建,能夠恢復(fù)出場(chǎng)景的細(xì)節(jié)信息,適合從BTF數(shù)據(jù)中重構(gòu)測(cè)量材質(zhì)的法向信息。但由于此方法的反射模型假設(shè)為理想的Lambert反射模型,而實(shí)際上輸入的圖像序列中都有非Lambert的異常部分,易受高光、陰影、噪聲等因素的影響,使表面重建的結(jié)果出現(xiàn)偏差,存在低頻噪聲。且光度立體視覺(jué)對(duì)測(cè)量設(shè)備有嚴(yán)格要求,容易引入系統(tǒng)誤差。為解決上述問(wèn)題,本文基于光度立體視覺(jué)方法,提出了一種從BTF數(shù)據(jù)中重構(gòu)測(cè)量材質(zhì)幾何特征的優(yōu)化方法。利用材質(zhì)在不同角度光源與視角下的BTF數(shù)據(jù),去除圖像序列中高光、陰影、噪聲等對(duì)光度立體視覺(jué)方法的影響,從而重構(gòu)出物體表面的朝向。再經(jīng)由重構(gòu)的法向信息計(jì)算出材質(zhì)表面的梯度場(chǎng),采用最小二乘的表面重建方法,新建一個(gè)離散表面,使它的梯度與測(cè)量的梯度在全局垂直距離的最小二乘意義上相等,據(jù)此求解出材質(zhì)表面的深度信息。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41

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