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GPU加速的视觉凸壳绘制

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在计算机图形学中，传统的基于几何模型的绘制方法存在着复杂程度高、计算量大等问题。因此，基于图像的绘制（Image-Based Rendering：IBR）技术近年来成为虚拟现实技术的一个研究热点。视觉凸壳（visual hull）是一种典型的基于图像的三维重建与绘制方法，可以从真实物体的一系列二维参考图像中重建出三维几何信息并进行任意视点下的绘制。其中的“视觉凸壳”是过每幅参考图像上物体轮廓边缘投影锥的交集，是对三维物体表面的一种近似表达，参考图像越多视觉凸壳就越接近真实物体表面。

一般的IBR方法中使用的数据量较大，实时绘制存在一定的困难。而对于基于图像的视觉凸壳（IBVH）绘制方法，其绘制过程中每个像素的计算是相互独立且具有一定重复性的，因此非常适合使用GPU的并行计算能力来进行加速。本课题就是基于这一特点，利用了GPU的高度并行性对视觉凸壳重建和绘制过程进行改进和优化，大幅度提高了绘制效率，实现了静态对象的实时重建、绘制及交互。

　

在视觉凸壳纹理方面，采用了插值优化方法为每个像素取得最接近真实的颜色。同时还提出了一种视觉凸壳高光消除算法，可以减少绘制图像中的镜面高光，模拟漫反射下的物体表面材质，有利于实现三维虚拟物体的重光照效果。对于一般IBR算法难以获取的物体底部和凹陷部，我们也提出了有效的改进绘制算法，通过平面镜获得底部和凹表面的参考图像，解决了一般方法对这部分绘制时的纹理缺失和几何变形问题，取得了较好的修正绘制结果。

相关论文：

• Bingfeng Zhou, Donghai Xie,”GPU-Accelerated Visual Hull Rendering”, Invited Paper, Proceedings of 2004 International Conference on Computers, Communications and Systems (ICCCS 2004), pp.213-210, Nov. 26-27, 2004, Daegu University, Korea.     Download paper

• Jie Feng, Liang Chen and Bingfeng Zhou. “Removing Highlight Spots in Visual Hull Rendering”. Proceeding of International Congress of Imaging Science (ICIS'06), pp. 273-276, May 7-12, 2006, Rochester, NY, USA.     Download paper      Download slides

• Jie Feng, Liang Chen and Bingfeng Zhou. Automatic Recognizing and Removing of Highlight Spots in Visual Hull Rendering. Proc. ACCV'07 Satellite Workshop on Multi-dimensional and Multi-view Image Processing, pp. 110-115, Nov.18-22, 2007, Tokyo, Japan.     Download paper

• Jie Feng, Bencong Song, Bingfeng Zhou. "Bottom and Concave Surface Rendering in Image-based Visual Hull". The 7th ACM International Conference on Virtual-Reality Continuum and its Applications in Industry (VRCAI 2008)，Dec. 8-9, 2008, Biopolis, Singapore.     Download paper

• Jie Feng, Bingfeng Zhou. "Automatic Highlight Removal in Visual Hull Rendering by Poisson Editing".The 7th ACM International Conference on Virtual-Reality Continuum and its Applications in Industry (VRCAI 2008)，Dec. 8-9, 2008, Biopolis, Singapore.     Download paper