基于虚拟全景及漫游的视景仿真技术开发

作者:全石峰 刊名:湘潭大学自然科学学报 上传者:路天玉

【摘要】针对电视跟踪系统的开发费用高、周期长的现状,讨论基于虚拟全景及漫游算法的视景仿真技术.详细论述了全景图像的生成及漫游算法,通过虚拟环境系统模型与全景图成像模型的建立,在漫游算法的基础上完成电视跟踪系统的视景仿真.结果显示:基于虚拟全景及漫游的视景仿真技术,可以加快视图的绘制,更具备真实感,并且方便提取相对应的视景图象.

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当前,电视跟踪系统的应用越来越广泛,其核心技术就是视景仿真,该技术可以让用户有身临其境的感受,人与环境可以实现更自然、更直接的交流[1].但是大多数的视景仿真技术,都面临着开发周期长、使用费用高的问题,一旦碰到较大规模的程序开发任务,通常要求开发人员要具备极高的编程技术,而且缺乏通用型的视景仿真程序,其开发难度成倍增加.基于虚拟全景及漫游的视景仿真技术,具有简单易用、开发效率高等优点,正被越来越多的电视跟踪系统研究人员所采用.该技术对虚拟环境的构建,不同于基于模型的传统绘制方法,而是加大采集现实场景样本的力度,利用特定的组织方法与变换技术,对各种视点的图像进行生成,用新方式完成图像的绘制.1基于虚拟全景技术的虚拟环境的构建在电视跟踪系统的应用领域,全景图像的使用是其一大特色.全景图像是指站在某个固定位置所能观察到的全部景物,通常是以观察者为中心,所获取的图像景物最终应是半球状[2].但是对于观察者来说,其能拍摄到的只是平面图,所以需要利用相关的计算机技术,对这些图像进行处理,构建起能够展示全景的虚拟环境.虚拟全景技术的原理就是利用最大限度的现实场景图像样本,通过相关的图像处理技术与计算方式,模拟出三维环境[3].传统的模拟技术,主要是人工绘制模型,根据图像学原理将三维模型映射到几何体上,以完成部分场景的模拟,最后将各个部分融合到一起.这种人工映射费时较多,任务完成也极为困难,而且对硬件的速度要求极高,所以投资额较大.综合来说,传统的模拟技术非常复杂,难以跟上时代发展的潮流.图像1图像N图像序列采集拼接预处理全景图重新投影图像提取交互图1基于虚拟全景技术的虚拟环境系统模型Fig.1Virtualenvironmentsystemmodelbasedonvirtualpanoramictechnolgy虚拟全景技术的推出,有效解决了传统模拟技术存在的问题,依赖于一系列现实场景样本的处理和计算,加快新视图的绘制,真实感更强烈.其原理是对离散的图像进行采集,并按照一定的序列生成基础数据,利用最新的图像拼接技术生成全景图,最后完成三维形态的虚拟环境,其对空间的操纵能力远远超过了传统模拟技术.图1为基于虚拟全景技术的虚拟环境系统模型.2虚拟全景图的图像采集、处理及合成2.1图像采集图像采集通常是利用自动照相机进行序列采集,但拍照技术与方式的不同,对采集到的图像会造成不同效果.目前较为常用的采集拍照方式有水平旋转方式及垂直旋转方式,其对应的图像关系见表1.表1拍照方式对应的图像变化Tab.1Picturescorrespondingforimagechanges拍照方式相机旋转图成像变化水平旋转方式垂直旋转方式图像的序列采集,对照相机的质量和分辨率要求很高,还需要一个固定照相机的云台.当照相机在云台上被固定之后,就可以在同一位置任意旋转,拍摄不同角度的图片,从而使图像的序列采集变得更加容易.此外,系列图像中,相邻的两张会有部分重叠的现象,其重叠部分越多,图像的拼接会更容易,进一步提高序列图像的拼接效果.2.2图像处理自然界图像反映在人眼中的,通常是连续性的模拟图像,这些模拟图像的每一个位置都有特定的颜色,由这些颜色表现出图像的形状及形态[4].在色度学理论中,任何一种颜色的基本色都是红、蓝、绿,这三种基本色混合的比例不同,展现出的颜色也不同.单从颜色区分图像,主要有彩色图像与黑白图像两种.黑白图像的红、蓝、绿基本色混合的比例是完全相等的,可以用二维函数f(x,y)对其进行表示.用计算机对图像进行处理,要将连续性的图像函数转化成离散数据,才能方便计算机处理,这就

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