基于图像的绘制技术
基于工业断层图像的面绘制技术研究
过各 种 图形 、 图像 、 维技 术将 Ｃ 三 Ｔ检 测 数据 直 观 自 然地 显示 出来 ， 在此基 础上 完成 对工 件 中的裂纹 、 气 孔和 夹杂 等缺 陷 的检查 和 空 间定 位 ， 以及对 工 件 厚 度和 密度 的参数 测量 和各 部件装 配 间隙 的测量 。 目前 ， 三维数 据场 的可 视化 主要有 两 种方 法 ： 一 是基 于面绘 制［ 的方 法 。即是在 三 维数 据 场 中抽取 １ ］ 由小三角 面片拼 接而 成 的三维 物体 等值 面 的重 建方
ｉ ｆｉ ｇ ． ｏ ｈ ｔ ｅｓ ｅ ｄａ ｄ ｔｅｄｓ ｌｙｐ ｒ ｒ ｎ ｅａｅｉ ｒ ｖ ｄ ｔ ｏ ｙ ａ ｍ ｅ Ｂ ｔ ｈ ｐ ｅ ｎ ｈ ｐａ ｅ ｆ ｍａ ｃ ｒ ｉ ｏ ｍｐ ｏ ｅ ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｍａ ｃ ｉ ｇ ｃ ｂ ｓ ｓ ｇ ｅ ｔ ｔ ｎ； Ｄ ｉ ｕ ｌ ａ ｉ ｎ； ｕ ａ ｅ ｒ ｎ ｅ ｉ ｇ；ｎ ｕ ｔ ｙ ｉ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ： ｒ ｈ ｎ ｕ ｅ ； ｅ ｍ ｎ ａ ｉ ３ ｖ ｓ ａ ｉ ｔ ｏ ｚ ｏ ｓ ｒ ｃ ｅ ｄ ｒｎ ｉ ｄ ｓ ｒ ｍａ ｅ ｆ ＥＥＡＣ ６ ４ Ｃ Ｃ： １ ０
基 于 工 业 断层 图像 的面 绘 制 技 术 研 究 ＊
任少 卿 ， 明泉 ， 慧玲 ， 王 侯 王 玉， 张博 书
（ 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室 ，太原 ０ ０ ５ ） ３ ０ １
摘 要 ： 针对 ＭＣ算法的缺点进行改进和优化。提出了一种基于相似性区域分割的三维工业图像表面重建算法， 根据工业
中 图分类 号 ：Ｐ ９． １ Ｔ ３ １４
文献标 识 码 ： Ａ
文章 编号 ：０５９９ （０ ８０ —４００ １０—４ ０２ ０ ）５１６－３
基于图像的图形绘制技术的应用
了在 Ｉｔ ｔ ｎｅ ｍｅ 网上进 行虚 拟环 境 漫游 的功 能。
关 键 词 基 于 图像 的绘 制 技 术 全 光 函数 全 景 图 投 影 变 换
ＡＮ ＡＰＰＬＩ ＣＡｒＩ ｒ ＯＮ ｏＦ Ｍ ＧＥ — ＢＡＳ日Ｄ Ｉ ＲＥＮＤＥＲ Ｇ ＴＥａＥ
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基于GDI+的快速图形图像绘制技术研究
（ｃ ｏ ｌ ｆ ｕｏ ａｉ ， ｈ ｎＵ ｉ ｒｔ ｏ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｗｕ ａ ３ ０ ０ Ｓ ｈ ｏ ｏ Ａ ｔｍ ｔ ｎ Ｗｕ ａ ｖ ｓｙ ｆ ｅ ｈ ｏ ｇ ， ｈ ｎ４ ０ ７ ） ｏ ｎ ｅ ｉ ｏ
Ａｂ ｔ ｃ ： Ｄｉｃ ｓ ｅ ｈ ｅ ｙ ｉａ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｄ ａ ｉｇ ｔ ｃ ｎｑ ｅ ：ｔ ｅ ｄ ｕ ｌ ｕ ｆ ｒ ｈ ｓｒ ｔ ａ ｓ ｕ ｓ ｄ ｔ ｒ ｅ ｔ ｐｃ ｌｈｇ ｐ ｅ ｒｗ ｎ ｅ ｈ ｉｕ ｓ ｈ ｏ ｂｅ ｂ ｆｅ ，ｔ ｅ
维普资讯
竺竺 竺 ： ！ 竺 ： 三！ 兰 三 兰
文章编号 ：０６ ６６ （０ ６ １－ ０ ６ ０ １０ — ２ ８ ２０ ）１ ０ ６ — ４
竺兰
基于 ＧＤ ＋的快速图形图像绘制 Ｉ 技 术研 究
柳 钰 。 明辉 王 （ 武汉 理工 大学 自动化 学 院 。 汉 ４ ０ ７ ） 武 ３ ０ ０
种 光 栅 图形设 备 的位 图格 式 之 间进 行 转换 。 为解决
这一问题 ， Ｄ ＋提供专门的 Ｃ ｃ ｅ Ｂ ｍａ Ｇ Ｉ ａ ｈ ｄ ｉ ｐ类［ 通 ｔ ５ １ 。
过 它 ，程 序 员能 创建 一 个使 用特 定 图形输 出设 备 格 式来 存储 指定 位 图数据 的 “ 存 位 图 “ 象 ， 而 节 缓 对 从 省格 式转换 的 时间。
Ｎ Ｖ ０６ Ｏ ２ ０
维普资讯
柳
钰， 王明辉 ： 基于 Ｇ Ｉ Ｄ ＋的快速图形图像绘 制技术研究
慢 。在此介绍 Ｄｒｃ ｉ ｔ ｅ Ｘ中专门的 ２ Ｄ图形 Ａ Ｐ Ｊ —— ＤｒｃＤａ 来提高绘图效率 ， ｉ ｔ ｒｗ， ｅ 使应用程序获得更理
想的性 能。
ｄ ｌ ｅ操作符释放内存 ， ｅｔ ｅ 否则会出现内存泄漏。
国家自然科学基金重点项目
三、项目成果统计(1)
1. 四年来已发表论文统计
年度 国际期刊 国际会议 国内一级学报 小计 SCI EI ISTP
2001 0
5
15
20
1
13 4
2002 3
12
22
37
4
17 2
2003 6
9
15
2004 4
9
25
30 38
7 勇于开始，才能找到成功的路
7
15 9 92
总计 13
35
77
125 19 54 17
像的绘制技术 四、统一数字几何处理框架研究
一、项目概况
1. 项目名称： 虚拟现实中基于图像的建模和绘制
2. 项目负责人：
石教英，浙江大学 3. 项目承担单位和学术领导人：
浙江大学石教英教授和彭群生教授， 中科院自动化所胡占义研究员， 软件研究所吴恩华研究员 4. 起止年月：2001年1月至2004年12月 5. 资助金额：110.00万元 6. 四年已到款金额：110.00万元 7. 经费结余金额：4万元
四、四年来研究工作主要成果概述(11)
石教英课题组总结报告
四、四年来研究工作主要成果概述(12)
石教英课题组总结报告
四、四年来研究工作主要成果概述(13)
石教英课题组总结报告[文72，73，74]针对建筑物模型的规则性，提 出一种基于平面的建筑物模型重建算法，包括相机 定标，基平面提取，平面位置和方向计算等子过程， 最后通过交互操作指明场景中各平面之间的相互关 系，递归求解各平面位置和法向，达到根据图像重 建建筑物场景表面模型的目的。
四、四年来研究工作主要成果概述(14)
石教英课题组总结报告
基于图像绘制的虚拟现实的实现方法
基于图像绘制的虚拟现实的实现方法张菊【摘要】虚拟现实的实现方法有基于图形的和基于图像的.介绍了基于图像绘制的实现方法,并对这些方法做了介绍和比较.【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2010(000)034【总页数】1页(P107)【关键词】虚拟现实;图像绘制;全景图【作者】张菊【作者单位】辽宁省交通高等专科学校,辽宁,沈阳,110122【正文语种】中文虚拟现实技术包括沉浸式与非沉浸式虚拟现实技术。
通常沉浸式虚拟现实技术是主要依赖特殊硬件来实现的，而非沉浸式虚拟现实技术是依赖专门的软件来实现的。
采用非沉浸式虚拟现实技术较为经济实用。
尽管是借助键盘、鼠标、显示器等标准外设来营造一个窗口式的虚拟环境，但还是可以应用软件技术使其尽可能接近较理想的虚拟现实环境。
它可采用基于图形（几何建模）的方法或基于图像的方法实现。
由于基于传统的计算机图形学方法建立虚拟现实有明显的缺点，近年来出现了利用实际拍摄图像来建立虚拟现实环境的方法，即基于图像的建模和绘制技术。
基于图像的绘制方法是一种可实时生成真实感图像，且生成图像的质量独立于场景复杂度的方法。
它主要分为以下几类：Lippman制作的Movie-map[1]系统是最早的基于图像的绘制系统之一。
该系统还可以围绕固定的视点左右、上下的摇动镜头，或者将景物拉近、推远，Movie-map方法可以解释为基于表的方法，大多数基于图像的系统都具有这种类似数据库的结构。
导航电影是另一种电影图方法，它除了提供上述功能外，还可以实现参与者绕着场景中某个实体的经度和纬度方向观察。
图像变形技术（Image Morphing）是指如何有效的从两幅给定图像通过形状和色彩的2D插值产生中间图像，达到从一幅图像变形到另一幅图像的技术，美国斯坦福大学与威斯康星大学是这一领域的领先者。
该技术已广泛应用于影视特效。
Beier[2]提出了基于特征的变形，这种变形技术的优势在于操作者可灵活的定义特征对应关系，变形按照操作者的意图进行，但计算量以及在指定特征之外的区域无法控制。
基于图像的虚拟场景漫游技术研究(信息与通信工程专业优秀论文)
国防科学技术人学研究生院学位论文然后他用泛函求导方法导出高斯函数的一阶导数，此即为该最佳函数的最好近似，且有简便的计算方法。
在进行处理前，Ｃａｎｎｙ算法先用高斯平滑滤波器来平滑图像用来除去噪声，即用高斯平滑滤波器与图像作卷积。
滤波的目的是为了消除噪声，因为图像中的噪声在图像傅旱叶变换中对应着高频部分，所以要在频域中削弱噪声的影响，就要设法减弱这部分的频率分量。
实际工作中，人们常常采用低通滤波器来实现。
然而大多数滤波器在降低噪声的同时也导致了边缘强度的损失（边缘也对应着高频部分）。
因此，需要在边缘与噪声之间作一个折衷，采用高斯平滑滤波器是一个较好的折衷方案。
增强边缘是将邻域（或局部）强度值有显著变化的点突出来，它一般通过计算梯度幅值来完成的，Ｃａｎｎｙ分割算法采用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向。
对一个边缘来说，其一阶导数在边界处存在一个向上的阶跃或者其二阶导数过零点。
导数的计算对噪声很敏感，而一般的边缘检测也正是利用求导数来实现的。
在处理过程中，Ｃａｎｎｙ算法还将经过一个非极大值抑制（ＮｏｎｍａｘｉｍａｌＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）的过程。
最后，Ｃａｎｎｙ算法将采用两个阈值来连接边缘。
非极大值抑制是为了保证边缘线被细化为一个象素的宽度，Ｃａｎｎｙ算子采用边缘梯度方向的非极大抑制方法。
如果在４５度和１３５度边缘方向的每边区域的狄度值是相同的，这种方法容易产生厚边缘。
如图２．１所示，其原因是这些边界象素点在边缘方向上没有邻接边界点。
我们可以用这种方法消除这种厚边缘，对边缘方向为４５度和１３５度的象素点与它的水平或垂直方向的邻接边界点作比较，如果它的水平或垂直方向的邻接边界点也有同样的边缘方向，则删除它的邻接边界点，显然这种方法可以消除这种厚边缘。
鼬２．１１３５度厚边缘示意ｌ璺Ｉ２．２．２边界线断点填充用Ｃａｎｎｙ算子来提取图像的边界一个最大的优点就是很容易把边缘细化为单象素宽度，而且效果也较好，但是在边缘细化过程中在边界上容易产生断点，而且随高斯函数的口系数的不同及两个阈值参数的不同，产生的断点的个数与断点间隔长度也不同，因此我们必须对断点进行填充，国防科学技术入学研究生院学位论文圈２．４新算法实验结＿聚图ｌ（ｂ）ＳＵＳＡＮ酗２．５新算法实验结果幽２（ａ）Ｈａｒｒｉｓ（ｂ）ＳＵＳＡＮ（ｃ）ｎｅｗａｌｇｏｒｉｔｈｍ图２６新算法实验结果倒３（ｂ）ＳＵＳＡＮ（ｃ）ｎｅｗａｌｇｏｒｉｔｈｍ幽２７新算法实验结果幽４国防科学技术人学研究生院学佟论文其中ｋ为一个尺度因子系数。
虚拟现实技术在非物质文化遗产保护中的应用
虚拟现实技术在非物质文化遗产保护中的应用非物质文化遗产是反映人类民俗文化和生活方式存在和变化发展的“活化石”，它以一种独特的方式向世人诉说着人类自身的成长历程。
它在文化保护中的重要地位也逐渐受到各国人民的重视。
然而，非物质文化遗产作为一种极为特殊的文化载体，尤其是它“无形”的状态特征，为人们对它的宣传和保护带来了种种困难，传统的方法也显现出各种弊端。
本文将虚拟现实技术的优越特点应用于非物质文化遗产保护中，力求达到使非物质文化遗产在保护中有创新，创新中有特色的可持续发展目标。
【关键词】虚拟现实技术，非物质文化遗产保护，传统文化，可持续发展中国是世界著名的四大文明古国之一，悠久的历史和丰富的文化遗产向世界展现着先人所创造的辉煌。
近年来，国际上掀起了申请非物质文化遗产的热潮，特别是韩国江陵端午节申遗的成功让国人反思到：为什么我们拥有两千多年历史的端午节被韩国捷足先登了？为什么国内罕见的文物却陈列在国外博物馆内？甚至有德国人说，要看中国的浮雕到德国来；有日本人说，要看苗族服饰到日本来。
不可否认，中国文化遗产的所有权正在流失，许多珍贵的非物质文化被他国抢注，我们必须利用现代化保护手段，使文化主权得到应有的保护。
虚拟现实技术发展为非物质文化遗产的保护提供了更先进的技术与可能，以一种新颖的方式改变着非物质文化遗产保护的发展趋势。
一、非物质文化遗产的概念与保护难度对于非物质文化遗产的定义，联合国教科文组织自1989年以来至少做了五次修改。
中国由国务院颁布的《国家级非物质文化遗产代表作申报评定暂行办法》对非物质文化遗产作了这样的界定：“非物质文化遗产是指各族人民世代相承的，与群众生活密切相关的各种传统文化表现形式（如民俗活动、表演艺术、传统知识和技能以及与之相关的器具，实物和手工制品等）和文化空间。
其范围包括：第一，口头传统，包括作为文化载体的语言；第二，传统表演艺术；第三，风俗活动、礼仪、节庆；第四，有关自然界和宇宙的民间传统知识和实践；第五，传统手工艺技能；第六，与上述表现形式相关的文化空间。
虚拟现实技术研究背景及国内外现状
虚拟现实技术研究背景及国内外现状1课题的研究背景目前，虚拟漫游技术在实现方法上可分为两种，主要是按照虚拟场景的构造方来区分，一种是传统的基于几何图形绘制(Graph——based Rendering，GBR)的虚拟漫游技术，另一种是新兴的基于图像绘制(Image——based Rendering，IBR)的虚拟漫游技术。
传统的漫游主要使用成熟的几何建模技术，通过手工方法实时建立场景的三维模型，这种方法需要花费大量时间建模，而且对硬件性能的要求很高，其漫游场景是由计算机根据一定的光照模型绘制的，色彩层次没有实际的自然景观丰富，带有明显的人工痕迹。
为此，近几年来国际上开始出现基于图像绘制技术来构造虚拟空间的方法，它利用照相机采集的离散图像或摄像机采集的连续视频作为基础数据，经过图像处理生成全景图并对其进行时间或空间的关联，从而建立起具有空间操纵能力的虚拟场景。
虚拟实景漫游是对现实世界中的景物虚拟漫游，与一般传统的或计算机动画的虚拟漫游相比，它具有以下特点:(l)一般的漫游对象往往是通过创作或设计想象出来的，以人工环境为主，而虚拟实景漫游的对象则是在现实世界中客观存在的;(2)一般的漫游环境中的视觉效果通常是由人工设计出来的，允许与实际情况不完全吻合，而虚拟实景漫游中的视觉效果则要求尽可能的与实际的视觉效果相一致，才能给人以身临其境的视觉感。
基于图像的虚拟现实系统具有场景逼真、交互方便和无需特殊的硬件等优点，目前已用于虚拟旅游和娱乐、虚拟训练、医疗领域和虚拟制造等方面，还可用于科学可视化和系统仿真等方面。
由此可以看出，基于图像的虚拟现实技术具有极大的应用前景和研究意义。
2 国内外研究现状虚拟现实技术的产生与发展，就虚拟实现本身而言，它主要设计到三个研究领域：1.通过计算机图形方式建立实施的三维视觉效果。
2.建立对虚拟世界的观察面。
3.使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术方面的应用。
目前，建立虚拟现实技术已引起了人们的普遍关注，目前，在国内外有许多政府部门，公司，大学，研究所正在致力于这方面的研究。
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3
相关领域
基于图像的光照（Image Based Lighting)
–景物体的几何信息
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4
基于图象的绘制与计算机图形学 和视觉的关系
计算机视觉
计算机图形学
图象
几何
图象
IBMR
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5
基于图像的绘制过程
参考图像
全视函数
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18
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
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利用同心拼接合成视图原理
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使用普通照相机获取狭缝图像
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21
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
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13
基于全视函数的IBR
全视函数原型[AB91]
Plen (,o , p ,V x t ,V i y ,c V z,t)
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基于光场的显示
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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 精选PPT
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基于狭缝图象段的绘制：绘制
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基于全视函数的方法比较
数据维数 视点移动范围
名称
提出
年份
7
自由
plenoptic function 1991
(Plenoptic Modeling)
视图插值 和变换
（ View Interpolation/ view morphing）
几何和图像混 合建模
图像拼接 和分层
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合成视图
6
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)
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
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22
同心拼接的畸变
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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
5
自由
plenoptic modeling 1995
4 一个长方体内 Lightfield/Lumigraph 1996
(3) 一个二维圆内 concentric mosaics 1999
2
固定视点上
panorama
1994
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演示程序
Demo
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28
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11
视图变换方法(View Morphing)
W 0 (a w 1 ,P ) r ( 1 p w )P 0 w 0 P 0 F W1( a w 0 ,P ) r ( p 1 w )F 1 P 1 w 1P
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
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基于图像的绘制技术
（Image Based Rendering, IBR)
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1
传统图形学
建 模 （ 几 何 + 材 质 ）
计 算 、 显 示
用 户 输 入
计 算
结 果 图 像
难以达到真实感效果 建模复杂 计算和显示开销大
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2
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
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全景图(Panorama )
Panorama
Synthesis View
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。
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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
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7
几何和图像混合建模过程（图示）
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8
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
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9
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
Light Field Rendering[LH96] and Lumigraph [GGSC96]
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15
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
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视图插值方法(View Interpolation)
样本1 样本2
立体匹配 可见度计算 投影
结束 优化处理 图像重建 插值运算
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。