[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

说明书

本发明公开了一种基于单光源的虚实融合光照一致性绘制方法，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；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；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；步骤4，绘制虚拟模型及其对应的阴影效果，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。本发明实现了虚实融合场景中光照一致性，使得对虚拟模型进行渲染更具有真实性。

技术领域

本发明属于虚拟现实和人机交互方法技术领域，涉及一种基于单光源的虚实融合光照一致性绘制方法。

背景技术

增强现实已成为计算机图形学、计算机视觉等领域的研究热点，应用于教育、医疗、建筑设计、影视拍摄、军事演习等各方面，而增强现实场景中光照一致性使得用户在视觉上感觉和真实场景效果一致，增强用户体验真实感，因此光照一致性是增强现实中实现真实感的关键，特别是如何在二维图像中融合一个虚拟三维物体并使其光照一致是虚实融合的一个难题，而这难题解决中从二维图像中获得三维光照方向和光照强度更显困难。

增强现实中光照一致性研究处于初步阶段，且存在如何同时获得真实场景中光照强度和方向使得虚实融合后的场景具有一致的光照效果，且没有更好方法使虚实融合后场景进行变化而实时获得模型光照效果。如果不解决真实场景光照效果对虚拟物体的综合影响因素以及实时获得光照效果则会影响用户对增强现实场景的真实体验，使得融合后的场景更加难以让用户接受。因此，研究获取真实场景中光源的方向和强度的方法，进行实时绘制，不仅能解决通过获得真实场景进行处理获得场景中光源对应的空间位置和光照强度也能使得虚实融合场景更具有真实性。

目前对增强现实场景中光照一致性方面的研究大部分在相对固定的环境下，采取一定的方法获取真实场景中的光照强度和光照方向，进而对融合后的虚拟物体进行渲染，获得和真实场景中一致的光照效果。但是对绘制在场景中的虚拟物体进行移动或者变化场景中光源的位置时候的虚实融合光照一致性问题研究较少，方法也有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单光源的虚实融合光照一致性绘制方法，针对虚实融合场景下，光源方向发生改变或融入场景中的模型位置发生改变前提下光照一致性绘制问题，提出了动态融合场景下光照一致性绘制方法，使得场景中虚拟物体绘制出的光照效果和真实场景中的光照效果保持一致，实现对虚拟模型更加真实的渲染效果。

本发明所采用的技术方案是，一种基于单光源的虚实融合光照一致性绘制方法，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；

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；

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。

本发明的特征还在于，

步骤1具体为：

步骤1.1，借助辅助标志物方法获取真实场景中光照强度，在真实场景中建立已知形状、大小和颜色的蓝色球体作为标志球；

步骤1.2，根据光源的位置、视点方向、法向量以及采样点的位置把对场景中图像分为可视区和非可视区，提取出视角下标志球的光照可视区；