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基于投影纹理映射的球面斜投影校正方法研究及其应用

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基于投影纹理映射的球面斜投影校正方法研究及其应用

作者：赵柏乐浙江工业大学

学位级别：硕士

眼睛是人类感官中最重要的器官。有研究表明：大脑中约有80%的信息是通过眼睛获得的。然而，由于某些先天或后天的原因，使一些人的眼睛视物功能出现了问题。同时，随着人们生活环境和生活方式的改变以及生活节奏的加快，人群中的视功... 详细信息

眼睛是人类感官中最重要的器官。有研究表明：大脑中约有80%的信息是通过眼睛获得的。然而，由于某些先天或后天的原因，使一些人的眼睛视物功能出现了问题。同时，随着人们生活环境和生活方式的改变以及生活节奏的加快，人群中的视功能问题也日益严重。而目前，临床上采用平面显示屏幕的视功能诊疗仪器，由于其在视功能的检查和治疗过程中所能提供的视场角小、不符合人眼视物的自然状态等缺点，影响了视功能的诊疗效果。本文针对这些问题，基于自主研发的一种半球投射式的显示装置，并针对其中涉及到的球面屏幕和斜投影所导致的几何失真问题，提出了一种基于投影纹理映射的球面斜投影校正方法，使得观察者看到具有真实感的无畸变图像，从而改善视功能检查和治疗的效果。该方法首先假设人眼和投影仪满足针孔模型，再根据投影系统的相关几何参数，并利用OpenGL构建投影系统的计算机三维模型，以观察者当前的视图矩阵设置投影矩阵将被投影图像映射到屏幕上，然后将投影仪视为观察者设置模型视图矩阵获得所需的预变形图像。最后该预变形图像由诊疗环境中的投影系统所使用，实现图像的几何校正。本文的主要工作和成果如下：1.介绍了视功能诊疗仪器的发展现状及其优缺点，针对其不足，设计了一种半球投射式的视功能诊疗装置;2.介绍了弱视等相关眼科医学理论，阐述了基于投影纹理映射的球面斜投影校正方法研究过程中所涉及到的投影纹理映射技术和其他相关知识;3.设计并构建了半球投射式显示装置投影系统的计算机三维模型，提出了一种基于投影纹理映射的球面斜投影校正方法，实现了图像的几何校正;4.将基于投影纹理映射的校正方法应用于视功能的诊疗领域并通过实验验证其有效性，该方法校正后的图像失真较小，获得近似实时的处理速度，符合视功能诊疗系统沉浸感的要求，减少了外界的干扰，对提高视功能的诊疗效果和效率的研究具有重要意义。

关键词：视功能投影纹理映射球面斜投影 OpenGL 几何校正

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基于特征匹配的关联投影纹理映射

计算机与现代化 2016年第1期 64-68页

作者：刘子才胡谷雨罗健欣中国人民解放军理工大学指挥信息系统学院江苏南京210007

在虚拟现实场景中,动态现实的重建过程尤为复杂,一般需要大量包含现实信息的图像进行整合。这些图像大部分都与其中一张或多张图像存在着公共区域,本文提出基于特征匹配的关联投影映射方法,根据这些公共区域,通过SIFT特征匹配提取图像... 详细信息

在虚拟现实场景中,动态现实的重建过程尤为复杂,一般需要大量包含现实信息的图像进行整合。这些图像大部分都与其中一张或多张图像存在着公共区域,本文提出基于特征匹配的关联投影映射方法,根据这些公共区域,通过SIFT特征匹配提取图像之间的关联特性,利用此关联构造视图变换矩阵进行新的投影纹理映射。实验结果表明,这种方法稳定有效,并在重建动态现实中具有良好的应用效果。

关键词：现实 SIFT特征关联投影纹理映射

实景三维与视频融合技术在核电智慧工地中的研究应用

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地理信息世界 2022年第2期29卷 115-119页

作者：伦更永核工业航测遥感中心河北石家庄050000 中核三维地理信息工程技术研究中心河北石家庄050000

随着国家信息化建设不断深化,测绘地理信息新技术蓬勃发展,三维GIS平台得到广泛深入应用,跨领域技术融合更加频繁、紧密,智慧城市、智慧矿山、智慧工地等概念应运而生,集实景三维、视频监控、云计算、大数据、智能分析等技术于一体的智... 详细信息

随着国家信息化建设不断深化,测绘地理信息新技术蓬勃发展,三维GIS平台得到广泛深入应用,跨领域技术融合更加频繁、紧密,智慧城市、智慧矿山、智慧工地等概念应运而生,集实景三维、视频监控、云计算、大数据、智能分析等技术于一体的智慧工地管理系统成为重大工程项目多技术融合应用研究的热点。实景三维可以提升工程现场虚拟现实效果,视频监控能够协助施工现场安全监管、调查取证。但视频监控存在分布离散、视频庞杂、关联性差等诸多问题,无法有效、直观、准确地掌控现场的实时动态,视频资源利用率低。本文以某核电智慧工地项目为例,研究一种基于GIS平台的实景三维与视频融合技术方法,将二维监控视频同实景三维环境进行有效关联,实现实景三维场景实时动态可视化监控,应用于核电项目的施工建设和工程管理。

关键词：三维GIS 实景三维视频融合直线提取摄像机标定投影纹理映射

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基于SPH的中国水墨画风格烟气动画系统

系统仿真学报 2009年第18期21卷 5770-5774页

作者：湛永松杨明浩刘文兆陈显军费广正石民勇中国传媒大学数字技术与艺术研发中心北京100024 香港城市大学深圳研究院深圳518058 中科院自动化所数字互动媒体实验室北京100080

提出一个基于平滑粒子动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)模型的中国水墨画风格烟气动画制作系统。系统利用流体物理方程支配SPH运动规律,以少量粒子描述烟气运动的轨迹信息;通过在可编程GPU上采取投影纹理映射技术,进行快速... 详细信息

提出一个基于平滑粒子动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)模型的中国水墨画风格烟气动画制作系统。系统利用流体物理方程支配SPH运动规律,以少量粒子描述烟气运动的轨迹信息;通过在可编程GPU上采取投影纹理映射技术,进行快速、准确的绘制。系统包含5个模块:参数设定模块、烟团纹理库构建模块、运动骨架提取模块、浓度纹理生成模块和基于GPU的实时绘制模块。实验证明,系统能以简单、直观的方式体现水墨风格烟气动画的抽象性特征。

关键词：中国水墨画风格烟气动画平滑粒子动力学投影纹理映射 GPU

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基于直接投射扩散的烟雾阴影实时模拟

中国图象图形学报 2008年第11期13卷 2231-2237页

作者：湛永松杨明浩石民勇费广正中国传媒大学数字技术与艺术研发中心北京100024 中国科学院自动化研究所数字互动媒体实验室北京100080

为了提高烟雾模拟的真实感,提出了一种基于直接投射扩散的烟雾阴影实时生成算法。该方法将3维烟雾密度场直接投射到2维平面上,并保存于光亮缓存中,首先生成一张能描述阴影浓度信息的阴影纹理;然后为了解决阴影浓度过估计问题,还新颖地... 详细信息

为了提高烟雾模拟的真实感,提出了一种基于直接投射扩散的烟雾阴影实时生成算法。该方法将3维烟雾密度场直接投射到2维平面上,并保存于光亮缓存中,首先生成一张能描述阴影浓度信息的阴影纹理;然后为了解决阴影浓度过估计问题,还新颖地采用流体力学领域的扩散方程来修正浓度分布情况;最后,在可编程图形硬件上,采取投影纹理映射技术将阴影纹理投射到场景中的相应表面。实验证明,该方法所需计算开销小,能简单高效地实时生成计算机3维游戏和动画的烟雾阴影效果。

关键词：阴影纹理直接投射扩散过估计投影纹理映射烟雾阴影

中国生物医学工程学报2012年第31卷作者索引

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中国生物医学工程学报 2012年第6期 971-980页

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基于GLSL的多重视频纹理映射与融合

计算机工程与设计 2014年第11期35卷 3873-3878页

作者：简洪登范湘涛中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室北京100094 中国科学院大学北京100049

为将实时视频与三维场景进行融合来构建大范围增强虚拟环境(augmented virtual environment,AVE),消除融合后出现的反向投影、纹理拉伸、拼缝等现象,实现基于OpenGL着色语言(OpenGL shading language,GLSL)的反向投影剔除算法和深度测... 详细信息

为将实时视频与三维场景进行融合来构建大范围增强虚拟环境(augmented virtual environment,AVE),消除融合后出现的反向投影、纹理拉伸、拼缝等现象,实现基于OpenGL着色语言(OpenGL shading language,GLSL)的反向投影剔除算法和深度测试算法,提出基于GLSL的多重视频纹理的横向加权融合算法和对角加权融合算法。实验结果表明,所提算法能够在显存为1GB的计算机上使包含200万三角面和6路实时视频的三维场景的运行帧率保持在40fps以上,高效地实现了实时视频与三维场景的融合。

关键词：增强虚拟环境实时视频投影纹理映射反向投影深度测试对角加权融合多重视频纹理融合

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PTZ摄像机视频与三维模型的配准技术研究

计算机工程与设计 2013年第10期34卷 3545-3550页

作者：赵刚李洋洋何彬华中师范大学国家数字化学习工程技术研究中心湖北武汉430079 华中师范大学信息与新闻传播学院湖北武汉430079

针对基于投影纹理映射的虚实融合系统,提出了一种PTZ摄像机视频与三维模型实时配准的技术。选取PTZ摄像机若干特定姿态的子图像组成一张全景图像,进行最优匹配图像的搜索,用SURF图像配准的方法对实时视频图像进行透视变换,利用最优匹配... 详细信息

针对基于投影纹理映射的虚实融合系统,提出了一种PTZ摄像机视频与三维模型实时配准的技术。选取PTZ摄像机若干特定姿态的子图像组成一张全景图像,进行最优匹配图像的搜索,用SURF图像配准的方法对实时视频图像进行透视变换,利用最优匹配图像的三维投影信息将实时视频图像精确投影到三维模型中。实验结果表明,该算法具有较高的准确性,适用于虚实融合系统中PTZ摄像机视频的三维配准。

关键词：投影纹理映射三维配准 SURF特征全景图虚实融合

基于二维图片和三维光学扫描数据的口腔美学修复系统的研究

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基于二维图片和三维光学扫描数据的口腔美学修复系统的研究

作者：赵文杰天津工业大学

学位级别：硕士

随着经济的发展,人们在口腔医疗方面的关注点,已经从解决病痛向提高人们的生活质量改变。例如,对于患者而言,已经不仅仅满足于恢复基本的咀嚼功能,而是更加关注自己修复后的牙齿美感和容貌变化。而美学具有极强的主观性,传统的制作修复... 详细信息

随着经济的发展,人们在口腔医疗方面的关注点,已经从解决病痛向提高人们的生活质量改变。例如,对于患者而言,已经不仅仅满足于恢复基本的咀嚼功能,而是更加关注自己修复后的牙齿美感和容貌变化。而美学具有极强的主观性,传统的制作修复体的方法低效、烦琐,已无法满足需要。数字化技术的应用为患者个性化要求的实现提供了极大的可能性和便利性。文章研究了基于二维图片和三维光学扫描数据的口腔美学修复的方法,提出一种基于多特征2D-3D配准的半自动构建真实感牙齿模型的方法,将多张口内照精准映射到三维牙列模型上,获得带有真实图像纹理的牙列模型。首先使用光学扫描仪获得三维牙列模型,使用单反相机拍摄3张患者口内照,包括口腔内右侧位像、正位像和左侧位像。然后基于单张口内照上的点和局部轮廓特征,使用单目标优化算法计算口内照对应的相机投影姿态。接下来根据相机姿态进行初步投影纹理映射,找到纹理接缝位置,再基于图像金字塔,对纹理接缝两边的图像进行融合,最终消除三维牙模上的接缝,实现纹理融合。此外,文章还提出一种基于二维美齿特征线的牙齿形状美化方法,实现以二维美齿图像为约束,对三维牙列模型进行变形修复,从而获得美学修复后的三维牙列模型。首先拍摄患者正面微笑照片和口腔内正位像,并使用二维美齿系统设计出患者满意的牙齿图像,然后提取其中的牙齿轮廓线,并将该轮廓线的像素点坐标转换为三维空间中的顶点坐标。其次,获取待修复三维牙列模型的轮廓线。基于此轮廓,把待修复三维牙列模型划分为主动变形区、被动变形区和固定区。接下来,把美学修复后的二维牙齿轮廓线与待修复的三维牙齿模型轮廓线进行顶点配对,计算出主动变形区每一个顶点的目标位置坐标。然后,使用基于Laplace算子的网格变形算法,实现平滑变形。最后,对变形后的三维牙齿模型进行网格平滑处理,得到美学修复后的三维牙列模型。文章提出的基于多特征2D-3D配准的半自动构建真实感牙齿模型的方法,可以使用少量且简单的人工操作实现半自动构建真实感牙列模型,获得较好的仿真效果。未来在牙齿美学修复等口腔医疗辅助系统中,只需简单的人工操作,即可提高牙模的仿真效果。文章提出的基于二维美齿特征线的牙齿形状美化方法,使用二维美齿特征线,半自动实现了前牙美观缺陷的修复,获得美学修复牙模。通过3D打印技术打印出修复体,极大的提高医疗方案的实施效率,为患者个性化的美学修复需求提供可能。

关键词：美学修复三维牙列模型投影纹理映射纹理融合约束变形