[发明专利]一种基于单光源的虚实融合光照一致性绘制方法

权利要求书

1.一种基于单光源的虚实融合光照一致性绘制方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：

步骤1，在真实场景中建立已知形状、大小和颜色的标志球，通过标志球的阴影区域对真实场景中光照强度进行估计，同时读取摄像头信息获取标志球的二维图像；

步骤2，采用区域增长法进行图像分割提取标志球及其阴影，并提取场景的三维特征点；具体为：

步骤2.1，采用区域分割法中的区域增长法对步骤1获取的二维图像进行分割，提取标志球及其阴影；

具体为：首先在二维图像中交互选择种子点，初始化图像，获得图像大小和每个点像素值及图像二维坐标；然后对图像进行灰度化处理，获得图像灰度均值，将种子点四领域内的点和灰度均值差的绝对值与给定阈值相比，若符合阈值，则加入种子点所在区域，并以此点作为种子点进行遍历；若不符合阈值，则属于其它区域，遍历最终将标志球及阴影分割出来；

步骤2.2，基于步骤2.1提取的标志物及阴影，获得每个阴影点二维坐标，通过场景的二维图像构建其对应的三维空间；具体为：

首先在阴影区域内任意取不共线的三点，建立阴影平面S_影，设标志球与阴影平面接触点的空间坐标为A(x,y,z)，其屏幕坐标为A_屏(m,n)，由此可求得离标志球表面最远点的空间坐标B(x₁,y₁,z₁)，根据阴影区域寻找与A_屏(m,n)最远的阴影区域内点C_屏(m₂,n₂)，计算|A_屏C_屏|记为深度d₁，取点A_屏和C_屏中心点D_屏，在阴影区域内寻找距离D_屏最近阴影点E_屏，计算2|D_屏E_屏|记为深度d₂，设C_屏对应空间坐标C(x₂,y₂,z₂)，根据模型矩阵、当期的投影矩阵以及向量BC，利用图形学坐标转换原理，求得A点坐标；

步骤2.3，步骤2.2提取阴影过程中容易把标志球背面的点误判为阴影点，因此需要把标志球的背面和阴影区域分离出来；具体分离方法为：通过图像计算出标志球球心对应图像的中心位置点O，然后根据阴影区域内的点到中心位置O点的距离d和标志球的半径进行比较，取半径为r，如果dr，则说明该点是阴影区域内的点，否则说明该点是标志球上的点；

步骤3，通过步骤2提取的标志球三维特征点信息，根据光线跟踪算法获得光源的空间位置；具体为：

步骤3.1，根据步骤2.2获取标志球A空间坐标A(x，y，z)，标志物球心为O(x₀，y₀，z₀)，分别选取距A点最远的标志物上点B和阴影上点C，设坐标分别为B(x₁，y₁，z₁)、C(x₂，y₂，z₂)，选取阴影区域点集合为V，在阴影区域点集合中选取点E和F，使点E、F满足式(10)：

步骤3.2，计算E、F中心点D，则P、D、O三点在同一条直线上；

步骤3.3，点光源位置P(x₃，y₃，z₃)分别与B、C及D、O在同一条直线上，点光源P位置由式(11)获取:

其中，k₁、k₂为常数；

步骤4，根据步骤2提取标志球及其阴影和步骤3获得光源的空间位置，在空间中绘制虚拟模型及光照效果，实现虚实融合光照一致性绘制；

步骤5，光源位置不变下移动虚拟物体以及模型位置不变下移动光源位置时的动态虚实融合场景中光照一致性绘制。