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      三維點采樣數(shù)據(jù)高性能渲染方法

      文檔序號:6560491閱讀:685來源:國知局
      專利名稱:三維點采樣數(shù)據(jù)高性能渲染方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及計算機圖形處理領(lǐng)域,特別涉及一種三維點采樣數(shù)據(jù)高性能渲染方法。
      背景技術(shù)
      3D掃描獲取技術(shù)的快速發(fā)展,使3D點采樣數(shù)據(jù)模型已成為繼一維的聲音數(shù)據(jù)、二維的圖像數(shù)據(jù)與視頻數(shù)據(jù)之后的一種新興數(shù)字媒體。在逆向工程、工業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新設計、數(shù)字娛樂、影視動畫、電子商務、通信、物理模擬、文物保護與修復等領(lǐng)域中,3D點采樣數(shù)據(jù)模型有著廣泛的應用,且產(chǎn)生了越來越深遠的影響。近年來,已涌現(xiàn)出多種3D點采樣數(shù)據(jù)的建模和造型方法,這使得高性能、快速高質(zhì)量地渲染繪制3D點采樣數(shù)據(jù)成為一項非常重要的工作。自2000年Rusinkiewicz和Levoy開發(fā)了 QSplat點繪制系統(tǒng)以來,已出現(xiàn)了多種基于點的繪制方法和技術(shù)。QSplat利用層次包圍球數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了 3D點采樣數(shù)據(jù)的快速顯示,然而其不足是產(chǎn)生嚴重的圖形走樣。Zwicker等將信號處理的思想應用到點的繪制中,提出了橢圓加權(quán)Elliptical Weighted Averag^EWA算法,將屏幕空間的重采樣和濾波巧妙地結(jié)合在一起,很好的解決了點繪制的走樣問題,得到了高質(zhì)量的繪制結(jié)果;但該算法是純軟件實現(xiàn)的。Ren等推導出物體空間的EWA濾波算子,并基于GPU實現(xiàn)該算法,因此提高了繪制速度。Dachskicher等將點模型的層次結(jié)構(gòu)序列化為線性數(shù)組,基于此將繪制算法由層次樹的遍歷轉(zhuǎn)化為線性數(shù)組的遍歷,從而提高了繪制效率?;谟布腅WA算法盡管提高了繪制速度,然而也存在相應的不足。其一,通常需要進行多遍繪制,在第一遍繪制的時候,需要將物體向遠離視角的方向移動一個微小的偏移量后再對深度緩存進行繪制,然而偏移量大小的確定不是件容易的事,偏移量太大或者太小都會影響到繪制效果。其二,多遍繪制算法只繪制位于視角最前端的點,因此無法逼真的繪制半透明體。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供了一種三維點采樣數(shù)據(jù)高性能渲染方法,通過設計單遍繪制方案提高渲染速度,通過EWA增強渲染的質(zhì)量。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的—種三維點采樣數(shù)據(jù)高性能渲染方法,所述渲染方法包括下述步驟(1)構(gòu)建采樣點最近鄰域集的局部隱式曲面,基于此估算法向;( 協(xié)方差分析鄰域點集,確定采樣點在其切平面上的橢圓表示;C3)利用橢圓加權(quán)濾波,繪制3D采樣點;(4)按照采樣點在當前視角下深度值進行的動態(tài)排序,設計三維點采樣數(shù)據(jù)從遠到近的單遍繪制方法。為實現(xiàn)發(fā)明目的,在步驟(1)中,采樣點的法向是通過計算隱式曲面的梯度得到, 具體是(a)利用kD樹快速搜索采樣點的k最近鄰域Nk(Pi),依據(jù)三維采樣點采樣數(shù)據(jù)的規(guī)模 n 取 k G [9,30];(b)基于徑向基函數(shù)RBF,RBF即radial basis functions,并采用法矢約束的方 式加入約束點,在采樣點集Nk(Pi)上重構(gòu)采樣點Pi的局部隱式曲面。給定R3空間的1個散亂點{pi,. . .,Pi},插值它們的RBF隱式曲面一般形式為
      權(quán)利要求
      1.一種三維點采樣數(shù)據(jù)高性能渲染方法,其特征在于,所述渲染方法包括下述步驟 (1)構(gòu)建采樣點最近鄰域集的局部隱式曲面,基于此估算法向;( 協(xié)方差分析鄰域點集, 確定采樣點在其切平面上的橢圓表示;C3)利用橢圓加權(quán)濾波,繪制3D采樣點;(4)按照采樣點在當前視角下深度值進行的動態(tài)排序,設計三維點采樣數(shù)據(jù)從遠到近的單遍繪制方法。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維點采樣數(shù)據(jù)高性能渲染方法,其特征在于在步驟(1) 中,采樣點的法向是通過計算隱式曲面的梯度得到,具體是(a)利用kD樹快速搜索采樣點的k最近鄰域Nk (Pi),依據(jù)三維點采樣數(shù)據(jù)的規(guī)模η取k e [9,30] ; (b)基于徑向基函數(shù) RBF,并采用法矢約束的方式加入約束點,在采樣點集Nk(Pi)上重構(gòu)采樣點Pi的局部隱式曲面;(c)計算采樣點Pi的隱式曲面在采樣點Pi處的梯度得其法向Hi,并采用最小生成樹傳播法對Iii進行全局一致化處理。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維點采樣數(shù)據(jù)高性能渲染方法,其特征在于在步驟(2) 中,定義采樣點的k最近鄰域Nk(Pi)的協(xié)方差矩陣并進行分析,其3個特征值為非負值,由此確定采樣點的k最近鄰域Nk(Pi)的最佳包圍體橢圓球的3個軸長;其3個特征向量組成一正交基,由此確定采樣點Pi在其切平面上的橢圓表示。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維點采樣數(shù)據(jù)高性能渲染方法,其特征在于在步驟(3) 中,具體是在采樣點Pi切平面的局部標架中,定義Pi的重構(gòu)核,以便連續(xù)地重構(gòu)點采樣模型;二維屏幕空間的橢圓加權(quán)濾波重采樣函數(shù)便是景物空間點數(shù)據(jù)重構(gòu)濾波與二維屏幕低通濾波的卷積。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維點采樣數(shù)據(jù)高性能渲染方法,其特征在于在步驟(4) 中,具體是;首先,根據(jù)采樣點的x、y和ζ坐標由小到大排序得到3組順序表;然后,根據(jù)當前視點判定繪制時所用的順序表,以避免每次繪制的排序問題,加快了繪制速度;對于不可見采樣點的剔除,利用八叉樹來加速該過程遍歷八叉樹,當結(jié)點的包圍球投影在屏幕之外或結(jié)點的法錐面完全背向于視點,則剔除該節(jié)點所包含的采樣點;同時,該方法遵循從后往前的繪制原則,故直接用開放性圖形庫OpenGL繪制可得到透明的數(shù)據(jù)繪制效果。
      全文摘要
      本發(fā)明提供一種三維點采樣數(shù)據(jù)高性能渲染方法,包括下述步驟通過構(gòu)建3D采樣點最近鄰域集的局部隱式曲面并結(jié)合微分幾何理論,估算其法向信息;通過協(xié)方差分析鄰域點集,確定3D采樣點在其切平面上的橢圓表示;利用具有良好反走樣效果的橢圓加權(quán)濾波對3D采樣點數(shù)據(jù)進行繪制,以獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)渲染效果;依據(jù)采樣點在當前視角下深度值得到的排序,設計三維點采樣數(shù)據(jù)的單遍繪制算法,以加快渲染速度。采用本方法可對3D點采樣數(shù)據(jù)進行高性能即快速且高質(zhì)量的渲染。
      文檔編號G06T15/00GK102214366SQ20111020317
      公開日2011年10月12日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
      發(fā)明者王仁芳 申請人:浙江萬里學院
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