三维场景实现算法

目前计算机中实现三维场景的通用方法是Z-buffer算法。而Ray tracing算法是一个相比于Z-buffer算法,更优的三维场景实现算法。该文详细介绍了Z-buffer算法和ray-tracing算法,并进行了比较。     

基于点对特征的三维点云匹配算法

针对现有的基于全局特征的三维物体识别方法和基于局部特征的三维物体识别方法在有遮挡和混叠场景中识别效果均不理想的问题,提出了一种基于点对特征的三维点云匹配算法。利用模型上的所有点对特征来完成全局模型描述构建,并在减少的二维空间上,利用快速投票方案,在局部对模型点云和场景点云进行匹配,从而恢复模型在场景中的全局姿态。实验结果表明:该算法在有遮挡和混叠的场景中识别效果比较理想。     

基于GPU自适应的环境遮挡算法

针对传统的环境光遮挡算法中不能自适应的问题,提出了基于GPU自适应的环境遮挡算法.该算法充分利用了GPU并行计算技术和离屏渲染技术,快速计算出适合所载入场景的自适应步长;并将传统环境遮挡采样方法和抖动采样的思想相结合,对采样方法进行了改进;同时也简化了传统环境光遮挡算法中最终遮挡值的计算.实验结果表明,该方法不局限于特定场景,不需要对场景进行预处理,可以准确高效的计算环境光的遮挡情况,并且实现实时绘制.     

基于投票决策的实时遮挡处理技术

针对当前基于深度信息的虚实遮挡处理技术面临的实时性差和精度低的问题,提出一种基于局 部区域深度估计和基于 patch 相似性噪声点投票融合的实时虚实遮挡处理算法。该算法将真实场景视频序列作 为输入,首先利用局部区域深度估计算法通过稀疏重建估算出稀疏关键点的深度信息,对稀疏深度施加目标区 域的约束限制深度向周围像素的传播,从而快速恢复出目标区域的相对深度图;然后,噪声点投票融合算法利 用深度比较确定虚实物体的前后位置关系,基于 patch 相似性和投票决策的方法对区域内的像素进行投票和融 合绘制;最后输出具有真实遮挡关系的融合效果。实验结果表明,该算法不仅可以提高虚实遮挡的实时性,还 能够获得真实和虚拟场景不同空间关系下的良好融合效果。     

基于时空连贯性和几何简化技术的复杂场景快速消隐绘制算法

提出了一个结合层次遮挡图像缓存的快速消隐绘制算法,本算法首先利用空间连贯性对场景实行快速保守的消隐,对可能可见的近景、中景使用几何绘制,对可能可见的远景实现了基于图像和几何混合的加速绘制,实验表明,由于充分利用了空间连贯性和图像简化技术,本算法效果良好,可适合各种复杂度场景的快速绘制。     

三维动态几何中直线消隐的实现

由于OpenGL图形系统没有提供现成的直线动态消隐的功能，因此在设计三维动态几何软件时，直线的动态消隐很困难。利用OpenGL图形系统，在研究现有的消隐技术——深度缓存算法的基础上，通过两条直线的叠加和视点移动角度的计算，实现了直线的动态消隐。而且，这种方法也适用于被曲面遮挡的直线的消隐，和被平面或者曲面遮挡的曲线的消隐。     

基于层次细节模型的遮挡裁剪算法

遮挡裁剪和应用层次细节模型是两种有效的三维复杂场景渲染加速算法，为了快速地进行三维复杂场景的渲染，提出了一种结合层次细节模型与遮挡裁剪技术的算法框架，该算法首先在预处理阶段，将场景划分成不同空间层次结构；然后在运行时刻，对较高的空间层次，可应用遮挡裁剪技术判别场景的可见性，并裁剪掉不可见场景部分，而在局部的较低层次上，则应用网格简化方法来选择适当的模型层次细节，实验结果显示，该算法取得了较好的加速性能。     

线框模型投影图的消隐

不具有表面信息的三维线框模型投影到二维平面上,不能利用现有的立体投影消隐的方法来消除被遮挡线。提出利用包围盒与有向三角形相结合的方法,找出投影图中的相交边,通过投影模型计算距离并判断其相互的遮挡关系。引入遮挡矩阵存储遮挡信息弥补了投影降维后造成的深度信息损失。利用遮挡矩阵更新表示顶点间拓扑关系的连接矩阵,得到不含隐藏线的投影图。实验表明,算法稳定而高效。     

基于随机森林的三维人造模型前朝向识别算法

三维模型前朝向的识别是场景合成与重建的基础.针对现有三维模型前朝向识别算法依赖于模型在场景中上下文关系、计算过程复杂等问题,提出一种基于随机森林的三维人造模型前朝向识别算法.首先通过模型简化和计算模型方向包围盒得到候选面;然后基于物体功能设计和心理学等对模型进行形状分析,为候选面提取一组与之相关联的特征;最后利用随机森林理论训练前朝向判别分类器,实现对模型的前朝向识别.实验结果表明,该算法对模型前朝向识别正确率达到80%,能够很好地处理室内场景绝大种类模型,包括目前方法计算错误的模型.     

3D遮挡模型引导的光场图像深度获取

目的 光场相机可以通过单次曝光同时从多个视角采样单个场景,在深度估计领域具有独特优势。消除遮挡的影响是光场深度估计的难点之一。现有方法基于2D场景模型检测各视角遮挡状态,但是遮挡取决于所采样场景的3D立体模型,仅利用2D模型无法精确检测,不精确的遮挡检测结果将降低后续深度估计精度。针对这一问题,提出了3D遮挡模型引导的光场图像深度获取方法。方法 向2D模型中的不同物体之间添加前后景关系和深度差信息,得到场景的立体模型,之后在立体模型中根据光线的传输路径推断所有视角的遮挡情况并记录在遮挡图（occlusion map）中。在遮挡图引导下,在遮挡和非遮挡区域分别使用不同成本量进行深度估计。在遮挡区域,通过遮挡图屏蔽被遮挡视角,基于剩余视角的成像一致性计算深度;在非遮挡区域,根据该区域深度连续特性设计了新型离焦网格匹配成本量,相比传统成本量,该成本量能够感知更广范围的色彩纹理,以此估计更平滑的深度图。为了进一步提升深度估计的精度,根据遮挡检测和深度估计的依赖关系设计了基于最大期望（exception maximization,EM）算法的联合优化框架,在该框架下,遮挡图和深度图通过互相引导的方式相继提升彼此精度。结果 实验结果表明,本文方法在大部分实验场景中,对于单遮挡、多遮挡和低对比度遮挡在遮挡检测和深度估计方面均能达到最优结果。均方误差（mean square error,MSE）对比次优结果平均降低约19.75%。结论 针对遮挡场景的深度估计,通过理论分析和实验验证,表明3D遮挡模型相比传统2D遮挡模型在遮挡检测方面具有一定优越性,本文方法更适用于复杂遮挡场景的深度估计。     

Casting shadows with approximated object space accuracy by means of a modified Z-buffer

Shadows are important in enhancing both the realism and the intelligibility of synthetic 2D images of 3D scenes. In order to determine which part of a scene is in shadow, numerous algorithms have been developed. The Z-buffer shadow algorithm and its descendants have proved to be both efficient and easy to implement. However, in casting shadows, the aliasing introduced by the Z-buffer point sampling is notorious. Therefore a new method that is based on a modification of the Z-buffer has been developed. This method deals with the aliasing problem but preserves the strengths of the Z-buffer algorithm. Moreover, as a side effect, the information stored in the modified Z-buffer allows accurate antialiasing of the resulting image.     

一种基于OC的大规模场景可视化算法

为了实现大规模三维场景的有效剔除,在简要分析了已有可视化算法之后,提出了一个完整的采用遮挡剔除的场景可视化算法.首先使用八叉树对场景进行组织和管理,接着在生成层次遮挡图的基础上,对潜在被遮挡体进行覆盖测试,并提出了可以较早结束测试的方法,随后根据硬件遮挡查询的结果将物体送往渲染.最后给出了一种基于开放图形引擎OGRE(Object-Oriented Graphics Rendering Engine)的实现架构以及算法特点分析.     

多Transputer系统上的并行消隐算法及其图形显示

本文讨论了三维物体隐面消除的并行处理问题。给出了一类ＭＩＭＤ并行深度缓冲器算法，并在多Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ系统上实现。文中还对这些算法的效率进行了比较。     

改进LOD的大规模三维漫游场景简化策略及分割算法

提出一种改进LOD的大规模三维漫游场景简化策略及分割算法,首先应用基于最小二乘粗糙度的节点简化策略对复杂场景网格进行简化,通过改进Lindstrom算法,增加简化准则来解决误差模型精确度下降和粗糙度值变化的问题;然后对简化后的模型采用多通道切割算法进化分割;分割后的场景数据,应用基于误差因子的评价系统来判断;最后实验,通过与传统算法分析比较,证明本文提出的简化策略和分割算法对降低大规模三维场景绘制复杂度,加快场景实时性显示等方面具有较明显的优势．     

方程曲面的一种绘制算法

提出了显式方程和参数方程表示的曲面的一种绘制算法,该算法可以绘制任意复杂的方程曲面。首先将方程曲面离散成四边形网格,然后采用消隐算法消除曲面的自隐藏线。消隐算法引入遮挡多边形的概念,利用遮挡多边形判断曲面上离散点的隐藏性,同时将潜在隐藏线段与遮挡多边形求交,从而得到该线段的实际隐藏部分。该绘制算法对以网格模型显示三维物体具有通用性。     

均值漂移算法中的目标模型更新方法研究

均值漂移(Mean shift)是一种鲁棒的快速模式匹配算法, 但该算法框架下现有的整体模型更新策略不足以对场景中目标外观变化、遮挡等情况进行有效处理. 为此, 本文提出了一种Mean shift框架下的选择性子模型更新策略, 将特征模型中的每个分量作为单独个体, 基于每个分量的匹配贡献度, 分别选择当前帧中需要更新的子模型分量及其更新权值. 实验结果表明本文算法具有比整体模型更新策略更好的跟踪鲁棒性.     

Topology based 2D engineering drawing and 3D model matching for process plant

Process plant models mainly include 3D models and 2D engineering drawings. Matching calculation between these CAD models has wide applicability in model consistency check and retrieval. In process plant, engineering design standards make 2D engineering drawing and 3D model differ in geometry, proportion and structure, leading to the inapplicability of current shape-feature based matching approaches. Since connection relationships between components are the core of a process plant, a topology based algorithm is proposed. Firstly, by exploiting components as vertices and relationships as edges, both 2D engineering drawing and 3D model are preprocessed into graph structures. Then each model’s relationship types are extracted from the graph. Finally, regarding the extracted relationship types as primary feature, feature similarity is calculated to measure the matching degree between their corresponding models. The proposed algorithm is geometric deformation invariant. Experiments with industrial applications are presented, which demonstrates the effectiveness and feasibility of the proposed algorithm.     

Inference-based surface reconstruction of cluttered environments

We present an inference-based surface reconstruction algorithm that is capable of identifying objects of interest among a cluttered scene, and reconstructing solid model representations even in the presence of occluded surfaces. Our proposed approach incorporates a predictive modeling framework that uses a set of user-provided models for prior knowledge, and applies this knowledge to the iterative identification and construction process. Our approach uses a local to global construction process guided by rules for fitting high-quality surface patches obtained from these prior models. We demonstrate the application of this algorithm on several example data sets containing heavy clutter and occlusion.     

基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法

针对三维点云数据模型在去噪光顺中存在不同尺度噪声的问题,提出一种基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法。该算法首先将噪声细分为大尺度和小尺度噪声,并使用统计滤波结合半径滤波对大尺度噪声进行去除;然后对三维点云数据进行曲率估计,并对现有点云双边滤波进行改进,增强其鲁棒性和保特征性;最后使用改进的双边滤波对小尺度噪声进行光顺,实现三维点云数据模型的去噪、光顺。与单独使用双边滤波、Fleishman双边滤波相比,改进算法在三维点云数据模型光顺平均误差指标上分别降低了50.53%和21.67%。实验结果表明,该改进算法对噪声进行尺度的细分既提高了计算效率,又避免了过光顺和细节失真,较好地保持模型中的几何特征。     

视频图像在三维模型中的渲染

视频监控是大型安防工作中最重要的一个环节,传统的视频监控系统展示给用户的只是独立的二维平面图像,图像脱离环境,整体性不足,为了解决该问题,提出了将视频图像渲染显示于三维模型的思路.研究了纹理映射技术并结合视频图像渲染的特殊性分析研究了Z缓冲算法、Shadow map算法,根据实际应用提出Extend Shadow map算法以实现将视频图像与三维场景无缝贴合.实验结果表明,视频图像渲染显示于三维模型中所体现的优越性.