Методы интерактивной визуализации и обработки трехмерных данных на основе изображений

• Автор: Игнатенко, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1 Методы представления и экранизации трехмерных данных с

помощью изображений

1.1 Общие понятия и определения.

1.1.1 Традиционный процесс трехмерной экранизации.

1.1.2 Ручное моделирование

1.1.3 Автоматическое моделирование с помощью методов машинного зрения

1.1.4 Использование аппаратных дальномерных устройств.

1.1.5 Проблема сложности

1.1.6 редставления и экранизация на основе изображений

1.2 Критерии сравнения алгоритмов представления и экранизации по
изображениям.
1.3 Основные классы методов представления и экранизации.
1.4 Представления без соответствующей геометрии.
1.5 Представления с неявной геометрией
1.6 Представления с дискретной геометрией.
1.7 Представления с полигональной геометрией
1.8 Результаты анализа
Глава 2 Представление данных и моделирование на основе
изображений с глубиной.
2.1 Введение
2.2 Структура данных
2.2.1 Карта цвета.
2.2.2 Карта глубины.
2.2.3 Карта нормалей
2.2.4 Карты материалов
2.2.5 Информация о соответствии проекций
2.2.6 Свойства и способы получения данных в разработанном представлении
2.3 Форматы данных
2.3.1 Xзапись представления
2.3.2 Спецификация узла 4 X
2.4 Моделирование на основе изображений с глубиной
2.4.1 Проблемы моделирования
2.4.2 Построение карты рейтингов дискретов
2.4.3 Удаление шума.
2.4.4 Удаление избыточности.
2.4.5 Улучшение степени сжатия
2.4.6 Методы редактирования модели
2.5 Заключение
Глава 3 Многомасштабный метод интерактивной экранизации для
моделей на основе изображений с глубиной.
3.1 Введение
3.2 Краткий обзор методов экранизации изображений с глубиной
3.3 Предлагаемый многомасштабный метод экранизации
3.3.1 Этап статической предобработки данных.
3.3.2 Этап динамической предобработки данных
3.3.3 Этап экранизации данных.
3.4 Архитектура реализованной программной системы.
3.5 Заключение.
Глава 4 Клиентсерверная система удаленной экранизации на
мобильных устройствах.
4.1 Введение.
4.2 Обзор существующих решений.
4.3 Предлагаемый метод решения задачи
4.4 Серверная часть системы
4.4.1 Информация, получаемая от клиента
4.4.2 Предсказание положения наблюдателя.
4.4.3 Вычисление размера изображений.
4.4.4 Экранизация сцены и захват буферов цвета и глубины.
4.4.5 Сжатие изображений и передача по сети
4.5 Клиентская часть системы
4.5.1 Распаковка получаемых данных и запись в кэш.1
4.5.2 Алгоритм выборки из кэша.
4.5.3 Алгоритм экранизации.
4.6 Программная реализация и результаты тестирования.
4.7 Заключение
Результаты работы
Приложение 1. Формат ХМЬзаписи представления на основе изображений с глубиной.
Литература


Основные результаты работы изложены в 4-х научных публикациях [4, 5, 6, 7J. По тематике диссертации получено четыре международных патента. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. В первой главе приводится сравнительный анализ методов представления трехмерных данных и методов экранизации на основе изображений. Во второй главе приводится описание нового представления трехмерных данных на основе карт глубины, а также алгоритмов его обработки и экранизации. Представление основано на моделировании сцены с помощью набора проекций объекта на заданные плоскости. Разработанный многомасштабный метод экранизации моделей на основе изображений с глубиной описан в третьей главе. Четвертая глава посвящена применению представления на основе изображений в клиент-серверной системе, предназначенной для адаптивной экранизации моделей на мобильных устройствах в условиях низкой пропускной способности сети. В приложении описан разработанный формат представления данных на основе языка XML. Одна из основных задач трехмерной компьютерной графики - синтез изображений фотографического качества, неотличимых от изображений реальности, воспринимаемых глазами наблюдателя. Методы трехмерной графики синтезируют изображения на основе математических моделей, которые могут описывать как подмножество объектов реального мира, так и задавать несуществующие в реальном мире объекты. Оба типа моделей одинаково важны. Синтез изображений несуществующих (синтезированных) объектов повсеместно используется в науке (научная визуализация), кинематографе (создание спецэффектов), развлечениях (трехмерные игры). Также эти методы находят свое применение в промышленности (моделирование прототипов автомобилей и т. Разработано огромное число алгоритмов синтеза, позволяющих получить на экране изображение синтезированной трехмерной модели. В англоязычной литературе для процесса синтеза изображения по (трехмерной) модели принято использование термина rendering, которое можно перевести как передача, изложение, воспроизведение, что, вообще говоря, недостаточно точно отражает смысл действия. В данной работе будет использоваться аналогичное по смыслу слово экранизация. Действительно, можно говорить, например, об экранизации романа J1. H. Толстого «Война и мир». В данном случае текст романа выступает в качестве модели, а работа сценариста, режиссера, оператора, актеров - алгоритмом синтеза. Термин «экранизация» также используется Ю. М. Баяковским на лекциях по компьютерной графике, которые читаются на 2-м курсе ф-та ВМиК МГУ. Экранизация моделей объектов реального мира может использоваться в тех же областях, где используются синтезированные модели, но не только. Значительный научный и практический интерес вызывают такие задачи как создание виртуальных реальностей, соответствующих реальным прототипам, визуализация различных памятников архитектуры, археологии. Задачи в таких областях требуют в основном интерактивной экранизации. Однако экранизация реальных моделей тесно связана со сложнейшей задачей их получения. Экранизации синтезированных трехмерных моделей предшествует кропотливая многодневная работа дизайнеров, которые создают модели и материалы на основе спецификаций и чертежей. Для объектов реального мира процессы моделирования гораздо сложнее, и чрезмерная трудоемкость их создания приводит нас к необходимости разработки специальных моделей и новых методов экранизации для таких объектов. Данная работа посвящена проблеме экранизации моделей, полученных на основе данных из реального мира, и специальным методам ее решения, основанным на обработке изображений. В наше время можно говорить об устоявшемся, традиционном процессе трехмерной экранизации, который в большинстве случаев используется для синтеза изображений как синтетических, так и реатьных объектов. Мы рассмотрим его в с точки зрения проблемы экранизации моделей реальных объектов. Типичный процесс экранизации основан на представлении поверхности трехмерных объектов наборами полигонов (обычно - треугольников).