[发明专利]一种低成本的物体间光线遮挡检测和评估方法

说明书

本发明公开了一种低成本的物体间光线遮挡检测和评估方法，包括以下步骤：(1)使用多面体分别表示目标物体和遮挡物体，分别计算两个多面体的顶点，得到两个多面体的顶点集合；(2)确定光线方向和投影面；(3)计算两个多面体的顶点在投影面上的坐标；(4)判断投影面上的两个多边形是否相交，若相交，则物体间发生光线遮挡，否则没有发生光线遮挡；对于发生光线遮挡的，进一步评估阴影重叠程度。本发明能够快速、有效的检测给出的光线条件下物体的阴影是否重叠，并评估重叠程度，算法计算量小，便于在小型设备上实施。

技术领域

本发明属于图形处理领域，尤其是涉及一种低成本的物体间光线遮挡检测和评估方法。

背景技术

在图形处理领域，遮挡检测是影响制作的关键一步。遮挡检测算法根据原理不同，可以分为Z-buffer算法、基于角度的遮挡检测算法和基于高程的遮挡检测算法。

如公开号为CN108182675A的中国专利文献公开了一种声波照射随机起伏界面时的面元遮挡判断方法，包括将随机起伏界面投影到观测平面，并得到观测平面边长分别为Lx和Ly；设置观测平面像素分辨率Npix；利用Z-buffer算法以像素为单位将各个面元离散化，计算得到每个面元的遮挡率QM；设置面元遮挡判断阈值Q，根据遮挡率QM和阈值Q的大小关系进行面元遮挡判断。

基于角度的遮挡检测算法由Habib等提出，算法的基本原理是：在地底点和待检测点的水平连线上，每个地物点对应的投影光线与水平面都有一个夹角，根据夹角的变化来分析待检测点的可见性。在地物点和地底点的水平连线上，逐渐远离地底点的方向上，如果投影光线与水平面的夹角逐渐变小，则没有遮挡，如果在某一位置突然变大，而后又变小回复或小于原来的角度，则该段区域被遮挡。该方法可参考谢文寒等发表的论文“城市大比例尺真正摄影像阴影与遮挡问题的研究”。

基于高程的遮蔽检测算法的基本原理是：在对某一地物点进行可见性分析时，如果该地物点可见则该地物点与投影中心的连线在地形数据的上方。

上述三种现有的遮挡检测算法中，基于角度的遮挡检测算法简单明了，能适用于各种复杂的环境，不存在伪遮蔽、伪可见的问题，得到了广泛应用。然而，常规的基于角度的遮挡检测算法需要对物体的每个点都进行角度分析，频繁的计算是的算法在没有充分优化时计算量大，耗时长。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种低成本的物体间光线遮挡检测和评估方法，能够快速、有效的检测给出的光线条件下，物体的阴影是否重叠，并评估重叠程度。

一种低成本的物体间光线遮挡检测和评估方法，包括以下步骤：

(1)使用多面体分别表示目标物体和遮挡物体，分别计算两个多面体的顶点，得到两个多面体的顶点集合；

(2)确定光线方向和投影面；

(3)计算两个多面体的顶点在投影面上的坐标；

(4)使用多边形表示坐标围绕的区域；

(5)判断投影面上的两个多边形是否相交，若相交，则物体间发生光线遮挡，否则没有发生光线遮挡；对于发生光线遮挡的，进一步评估阴影重叠程度。

在遮挡检测问题中，一般已知的信息包括，光线的方向信息，物体的三维信息以及用于显示物体阴影的投影面信息。本发明的方法，能够减少阴影区域和遮挡关系判断的计算量，有利于在低计算资源设备上部署实现阴影遮挡判断，在地图绘制、光伏发电、影像制作领域都可以使用。

步骤(1)中，所述的目标物体和遮挡物体用多面体表示的公式为：

其中A₁，B₁，C₁，D₁表示目标物体或遮挡物体第一个面的参数，一共有n个面，x，y，z表示多面体中任意一点的三维坐标。