實時圖像渲染生成技術(shù)研究

覃海寧

摘要：本文對實時圖像渲染生成技術(shù)進行了系統(tǒng)的探究，從實時圖像渲染生成技術(shù)的圖像渲染入手，介紹了實時圖像渲染的原理和實現(xiàn)的過程，并且簡述了實時圖像的渲染加速和流程，在考慮到圖像的失真率和遠程傳輸?shù)睦щy性，本文又對實時圖像渲染生成技術(shù)做了系統(tǒng)的闡述以方便大家理解和改進。

關(guān)鍵詞：實時圖像的渲染；實時圖像生成技術(shù)；計算機圖像生成

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0077-02

實時圖像渲染生成技術(shù)一直是研究的熱點話題，因其在現(xiàn)實中具有重要的應(yīng)用價值。本文從實時圖像渲染生成技術(shù)的圖像的渲染入手，簡述了實時圖像的渲染加速算法和流程，通過實時圖像的渲染細節(jié)層次算法和實時圖像的渲染加速算法描述出整個圖像的渲染技術(shù)，最后又對實時圖像渲染生成技術(shù)設(shè)計做了比較系統(tǒng)的闡述。

1 基于圖像的渲染

隨著科技的發(fā)展，實時圖像的渲染已經(jīng)成為一個學(xué)派，實時圖像的渲染手法發(fā)展成一種重要的圖像處理方法。渲染最主要的數(shù)據(jù)來源就是圖像。這種實時圖像的渲染手法最大的優(yōu)勢在于所要渲染的圖像像素數(shù)量與所要繪制圖像的量成正比[1]。

本文使用的IBR代替物方法就是一種以實物景象圖片為基礎(chǔ)，通過對圖像技術(shù)處理和視覺計算的方法，直接由繁雜的圖像變?yōu)楹唵螆D像技術(shù)。也就是在經(jīng)過處理后可以把擁有復(fù)雜幾何屬性的立體物體，換成比較簡單的幾何圖形，這樣處理過后可以大大降低圖片中線條和空間屬性復(fù)雜度，來達到提高圖片渲染效率的效果。

在很早以前就有人提出過利用簡單幾何代替復(fù)雜幾何作為一種加速渲染算法[2]。主要的原理就是把圖像中的立體幾何物體用平面布告板替換，同時用物體的實時圖像，把實時圖像紋理貼到布告板上。這樣在計算工作量上付出是很小的，同時可以渲染和產(chǎn)生實時圖像的替代物，這就是所為的動態(tài)生成替代物的主要算法和原理。可是，實時圖像中的視點發(fā)生了改變，如果不能及時隨著視點的改變而改變替代物，那么將會產(chǎn)生很明顯的視差效果。所以急需一種有效衡量替代物的方法。如果只是改變實時圖像觀察角度，那么就不需要更新或者改變替代物，只需要在不停的改變視點角度的時候，根據(jù)視點變化重新生成變化后的替代物[3]。

計算中通過重新生成的替代物周圍所包裹的最大和最小點來計算視點移動的最大和最小角度。這樣視點移動角度的計算可以被簡化，簡化為更新替代物時視點移動的方向和替代物到更新后視點方向之間的角度。此外，所謂的替代物其本質(zhì)上還是一種實時圖像的映射方法[4-5]，這樣方法會占用大量的空間和運行內(nèi)存，運行存儲被占用會出現(xiàn)大量的紋理，會對渲染速度產(chǎn)生嚴重影響。隨著實時圖像理論的研究有人提出了一個新的理論叫做紋理拼圖的理念，就是為了節(jié)約內(nèi)存把多幅實時圖像的紋理壓縮到一張實時圖像內(nèi)進行拼接，這樣有效地緩解了內(nèi)存，提高了渲染速度和對線條的管理效率。

1.1 實時圖像的渲染細節(jié)層次算法

實時圖像的細節(jié)層次算法是對實時圖像建立不同精度的實時圖像模型，在整個過程中把不相關(guān)或者遠距離的物體用低精度的實時圖像模型來表示。一般實時圖像模型精度的選取是根據(jù)實時圖像上物體到更新后視點的距離。我們把在不同視覺和不同層次的條件下的實時圖像，采取同一物體用不同精細程度的實時圖像模型來表示，加快了實時圖像渲染速度，實現(xiàn)了實時圖像與視點的實時交互。目前最新處理方法是實時圖像群體渲染系統(tǒng)結(jié)合細節(jié)層次模型與實時圖像替代物渲染技術(shù)，可以實現(xiàn)即使圖像具有大量的幾何物體也可以通過實時模擬來完成的綜合技術(shù)應(yīng)用。

1.2 實時圖像的渲染加速算法

（1）實時圖像更新紋理是指應(yīng)用經(jīng)過移動后的替代物在布告板上的更新后的紋理。

（2）實時圖像更新后替代物紋理高質(zhì)量拼圖大小為M×M（M為3072或5120），每一個更新后代替物對應(yīng)像素空間；利用網(wǎng)狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)把實時圖像劃分多個區(qū)域，每一個高像素區(qū)域?qū)?yīng)一個更新后的替代物視點。

（3）實時圖像視點空間負責管理每一個網(wǎng)狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)，每一個晶點前段對應(yīng)一塊更新視點替代物的實時圖像紋理。圖1是替代物實時圖像的渲染加速算法的總體框架流程圖。其中屏幕分辨率是一個在實時圖像視點表示與更新替代物表示之間切換中間值域。

由于實時圖像更新替代物需要快速長時間的置換紋理內(nèi)存空間，并且把更新視角渲染進行到紋理之中，實時圖像的渲染加速算法的核心就是生成視點替代物的進一步置換效果。實時圖像的渲染加速算法的原理是基于紋理拼圖的思想基礎(chǔ)之上的。如圖2所示，將其中一組實時圖像更新的替代物紋理像素，經(jīng)壓縮存儲在一張實時圖像紋理拼圖中，并把實時圖像其劃分為網(wǎng)狀晶體紋理空間圖像。通過視點信息動態(tài)改變，替代物在布告板紋理的實時坐標可以對實時圖像中的區(qū)域進行紋理索引。這樣新生成的視點紋理查詢壓縮存儲以及實時圖像替代物內(nèi)存利用率速度都會有很大的提升。

2 實時圖像渲染生成技術(shù)設(shè)計

實時圖像渲染生成系統(tǒng)，要求實時圖像生成置換物和視點，這就要求實時圖像系統(tǒng)有很高的實時性。還有一方面網(wǎng)狀驅(qū)動控制面板要放在軸臺面軀體的框架上面，和地面仿真機要保持一定的有效距離，同時就會帶來兩個難題：一是遠程數(shù)據(jù)線的輸出會發(fā)生強電壓干擾、傳輸失真、電壓不穩(wěn)等；另一個方面是應(yīng)急驅(qū)動控制面板的實際重量，已經(jīng)超過了軸臺面軀體的框架所能承受的負載重量，并且驅(qū)動控制面板會有一定震動，軸臺面軀體沒有抗振能力。

2.1 實時圖像采集設(shè)備

通過直接采集到的目標物及背景音頻視頻圖像數(shù)據(jù)，是不能被直接實時圖像系統(tǒng)直接識別使用的，首先需要經(jīng)過實時圖像采集設(shè)備進行比對分析，將其轉(zhuǎn)化為網(wǎng)狀入錄圖像，網(wǎng)狀入錄圖像可以被圖像實時生成軟件識別。

2.2 實時圖像生成計算機設(shè)備

在實時圖像采集中，一幀實時圖像生成之前，首先要把收集到的實時圖像通過半實物仿真系統(tǒng)的實時通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為仿真信號，實時圖像生成能夠被計算機單元所接收的仿真信號，或者是仿真計算機傳送來的置換模式的轉(zhuǎn)換參數(shù)，通過實時圖像生成軟件系統(tǒng)把實時圖像上目標和背景進行合成圖像，并且按照失真率、幾何數(shù)目和系統(tǒng)組件電阻陣列電壓之間的關(guān)系，計算出一幀紅外實時圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)于系統(tǒng)實時電壓控制數(shù)據(jù)，然后通過實時圖像數(shù)據(jù)遠程模擬傳輸系統(tǒng)將實時圖像采集設(shè)備的數(shù)據(jù)傳遞給系統(tǒng)組件電阻陣列控制系統(tǒng)。還有一方面，實時圖像生成計算機設(shè)備在不要求高分辨率時，還可以充當實物視頻采集的設(shè)備，把實時圖像生成計算機設(shè)備與圖像采集單元相連，通過實時圖像生成計算機設(shè)備與分析識別系統(tǒng)將其拍攝的幾何物體及背景視頻收率到影響甄別計算機中，并根據(jù)相關(guān)運算法則進行邊框處理、選定模式和修改參數(shù)，用于實時圖像直接驅(qū)動或者實時數(shù)據(jù)鑒別調(diào)用資源庫供計算機調(diào)用。

修正運算如下：

M=（N）L；

；

進行替換k=區(qū)別表示：

；

最終可以得出關(guān)系式：；

式中，M為實時圖像的像素總數(shù)；N表示實時圖像的每條像素點數(shù)，L為條數(shù)；F表示實時圖像水平一維點的擴散函數(shù)；b表示實時圖像信號強度參數(shù)；n表示圖像加性噪聲；k表示圖像修正參數(shù)；g表示修正圖像時引用參數(shù)；kn表示k的代替參數(shù)；表示修正運算后實時圖像；g1、g2分別表示一次和二次引用參數(shù)。

2.3 實時圖像數(shù)據(jù)遠程傳輸設(shè)備

實時圖像數(shù)據(jù)進行遠程傳輸設(shè)備是基于視點內(nèi)存網(wǎng)搭建的，其主要的目的是：用于實時圖像生成系統(tǒng)和系統(tǒng)組件電阻陣列控制系統(tǒng)之間，能夠遠程傳輸實時圖像數(shù)據(jù)包或數(shù)據(jù)塊。

3 結(jié)語

基于實時圖像渲染生成技術(shù)發(fā)展的一個熱點。本文介紹了實時圖像渲染的原理和實現(xiàn)的過程，又對實時圖像渲染生成技術(shù)做了詳細的說明，實時圖像渲染生成技術(shù)可以取得了比較理想的成像效果。但是也還有不少可以繼續(xù)深入研究的方向等待我們?nèi)ラ_發(fā)。

參考文獻

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