基于增强现实技术的古代文物场景快速渲染方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103500465103500465A(43)申请公布日2014.01.08(21)申请号201310418407.1(22)申请日2013.09.13(71)申请人西安工程大学地址710048陕西省西安市碑林区金花南路19号(72)发明人万韬阮王薇婕武桐朱耀麟杨松吕淘沙(74)专利代理机构西安弘理专利事务所61214代理人罗笛(51)Int.Cl.G06T15/60(2006.01)G06T19/00(2011.01)权利要求书3页权利要求书3页说明书7页说明书7页(54)发明名称基于增强现实技术的古代文物场景快速渲染方法(57)摘要本发明公开的基于增强现实技术的古代文物场景快速渲染方法，具体方法为：1）准备标志物并对古文物进行数据采集；2）通过摄像头跟踪三维立体标志物，进行三维立体标志物的识别和分析，划分三维立体标志物区域，创建环境贴图，从环境贴图中获取光源的位置和强度；3）构建实时光照渲染的虚拟光照模型；4）对古文物进行虚拟物体模型构建得到古文物的三维模型；5）对构建出的古文物的三维模型进行隐藏面消除；6）给古文物的三维模型添加阴影并将阴影软化形成软阴影；7）得到虚拟光照和虚拟古文物实时交互系统。本发明的古代文物场景快速渲染方法用增强现实与快速渲染技术将古文物的三维模型显示到现实场景中，通过显示设备进行虚实交互。CN103500465ACN103546ACN103500465A权利要求书1/3页1.基于增强现实技术的古代文物场景快速渲染方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、准备标志物，并在准备标志物的同时，对要展示的古文物进行数据采集；步骤2、通过网络摄像头跟踪步骤1准备的三维立体标志物，进行三维立体标志物的识别并做出分析，划分出三维立体标志物区域，创建环境贴图，从环境贴图中获取光源的位置和强度；步骤3、构建实时光照渲染的虚拟光照模型；步骤4、经步骤3构建好虚拟场景模型后，对古代文物进行虚拟物体模型构建，得到古文物的三维模型；步骤5、对步骤4构建出的古文物的三维模型进行隐藏面消除；步骤6、对经步骤5处理后得到的古文物的三维模型添加阴影，并将阴影软化，形成软阴影；步骤7、利用ARToolKit平台输出结果，得到虚拟光照和虚拟古文物实时交互系统。2.根据权利要求1所述的基于增强现实技术的古代文物场景快速渲染方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：步骤1.1、利用ARToolkit提供标准模板，标准模板由具有一定宽度的黑色封闭矩形框和文字两部分组成，黑色封闭矩形框内有二维ARToolkit原始标志物；步骤1.2、对步骤1.1中的二维ARToolkit原始标志物进行改进，得到三维立体标志物：将一个二维ARToolkit原始标志物和一个黑色反光球组合起来，利用二维ARToolkit原始标志物得到真实世界和虚拟世界的坐标关系，再通过黑色反光球得到现实场景中的光照信息，光照信息包括光照的位置、颜色和强度。步骤1.3、用网络摄像机获取放置在现实场景中，步骤1.2得到的三维立体标志物，再利用ARToolkit平台中mk_patt.exe将三维立体标志物的视图矩阵存放到ARToolkit数据库中；用数码照相机对要展示的古文物进行拍摄，将拍摄到的所有古文物的相关图片导入photoshop软件中进行裁剪、较色和调色处理，完成对要展示的古文物数据采集。3.根据权利要求1所述的基于增强现实技术的古代文物场景快速渲染方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2.1、利用ARToolkit平台、黑色反光球及二维ARToolkit原始标志物已知的视图矩阵关系，将黑色反光球分割成球体中心和球体边缘两部分；步骤2.2、将网络摄像头抓取到的三维立体标志物绘制成长宽比为2：1的环境贴图；步骤2.3、将平均切割算法应用到步骤2.2绘制好的环境贴图中，从环境贴图中获取光源的位置和强度。4.根据权利要求4所述的基于增强现实技术的古代文物场景快速渲染方法，其特征在于，所述步骤2.3具体按照以下步骤实施：步骤2.3.1、将整个黑色反光球映射的图像作为一个单独的区域，读取图像中所有的像素，并将读取得到的所有像素置于RGB构成的三维色彩空间中；步骤2.3.2、经步骤2.3.1构成的三维色彩空间后，开始反复分割三维色彩空间，在分2CN103500465A权利要求书2/3页割三维色彩空间时，以三维色彩空间最长的边来进行切割，这样才能使光能量平均的划分，根据分割后的结果确定三维色彩空间中的像素聚集区域；步骤2.3.3、经步骤2.3.2确定像素聚集的区域后，计算出每个像素聚集区域所含像素值的平均值，将计算得到的平均值作为该聚集区域内所有像素值的新颜色值，