专利名称：三维点采样数据高性能渲染方法
技术领域：
本发明涉及计算机图形处理领域，特别涉及一种三维点采样数据高性能渲染方法。
背景技术：
3D扫描获取技术的快速发展，使3D点采样数据模型已成为继一维的声音数据、二维的图像数据与视频数据之后的一种新兴数字媒体。在逆向工程、工业产品创新设计、数字娱乐、影视动画、电子商务、通信、物理模拟、文物保护与修复等领域中，3D点采样数据模型有着广泛的应用，且产生了越来越深远的影响。近年来，已涌现出多种3D点采样数据的建模和造型方法，这使得高性能、快速高质量地渲染绘制3D点采样数据成为一项非常重要的工作。自2000年Rusinkiewicz和Levoy开发了 QSplat点绘制系统以来，已出现了多种基于点的绘制方法和技术。QSplat利用层次包围球数据结构，实现了 3D点采样数据的快速显示，然而其不足是产生严重的图形走样。Zwicker等将信号处理的思想应用到点的绘制中，提出了椭圆加权Elliptical Weighted Averag^EWA算法，将屏幕空间的重采样和滤波巧妙地结合在一起，很好的解决了点绘制的走样问题，得到了高质量的绘制结果；但该算法是纯软件实现的。Ren等推导出物体空间的EWA滤波算子，并基于GPU实现该算法，因此提高了绘制速度。Dachskicher等将点模型的层次结构序列化为线性数组，基于此将绘制算法由层次树的遍历转化为线性数组的遍历，从而提高了绘制效率。基于硬件的EWA算法尽管提高了绘制速度，然而也存在相应的不足。其一，通常需要进行多遍绘制，在第一遍绘制的时候，需要将物体向远离视角的方向移动一个微小的偏移量后再对深度缓存进行绘制，然而偏移量大小的确定不是件容易的事，偏移量太大或者太小都会影响到绘制效果。其二，多遍绘制算法只绘制位于视角最前端的点，因此无法逼真的绘制半透明体。
发明内容
本发明克服了上述现有技术中的不足，提供了一种三维点采样数据高性能渲染方法，通过设计单遍绘制方案提高渲染速度，通过EWA增强渲染的质量。本发明的技术方案是这样实现的—种三维点采样数据高性能渲染方法，所述渲染方法包括下述步骤(1)构建采样点最近邻域集的局部隐式曲面，基于此估算法向；( 协方差分析邻域点集，确定采样点在其切平面上的椭圆表示；C3)利用椭圆加权滤波，绘制3D采样点；(4)按照采样点在当前视角下深度值进行的动态排序，设计三维点采样数据从远到近的单遍绘制方法。为实现发明目的，在步骤(1)中，采样点的法向是通过计算隐式曲面的梯度得到， 具体是(a)利用kD树快速搜索采样点的k最近邻域Nk(Pi)，依据三维采样点采样数据的规模 n 取 k G [9,30]；(b)基于径向基函数RBF，RBF即radial basis functions,并采用法矢约束的方 式加入约束点，在采样点集Nk(Pi)上重构采样点Pi的局部隐式曲面。给定R3空间的1个散乱点{pi，. . .，Pi}，插值它们的RBF隐式曲面一般形式为
权利要求
1.一种三维点采样数据高性能渲染方法，其特征在于，所述渲染方法包括下述步骤 (1)构建采样点最近邻域集的局部隐式曲面，基于此估算法向；( 协方差分析邻域点集， 确定采样点在其切平面上的椭圆表示；C3)利用椭圆加权滤波，绘制3D采样点；(4)按照采样点在当前视角下深度值进行的动态排序，设计三维点采样数据从远到近的单遍绘制方法。
2.根据权利要求1所述的三维点采样数据高性能渲染方法，其特征在于在步骤(1) 中，采样点的法向是通过计算隐式曲面的梯度得到，具体是(a)利用kD树快速搜索采样点的k最近邻域Nk (Pi)，依据三维点采样数据的规模η取k e [9,30] ； (b)基于径向基函数 RBF，并采用法矢约束的方式加入约束点，在采样点集Nk(Pi)上重构采样点Pi的局部隐式曲面；(c)计算采样点Pi的隐式曲面在采样点Pi处的梯度得其法向Hi,并采用最小生成树传播法对Iii进行全局一致化处理。
3.根据权利要求1所述的三维点采样数据高性能渲染方法，其特征在于在步骤(2) 中，定义采样点的k最近邻域Nk(Pi)的协方差矩阵并进行分析，其3个特征值为非负值，由此确定采样点的k最近邻域Nk(Pi)的最佳包围体椭圆球的3个轴长；其3个特征向量组成一正交基，由此确定采样点Pi在其切平面上的椭圆表示。
4.根据权利要求1所述的三维点采样数据高性能渲染方法，其特征在于在步骤(3) 中，具体是在采样点Pi切平面的局部标架中，定义Pi的重构核，以便连续地重构点采样模型；二维屏幕空间的椭圆加权滤波重采样函数便是景物空间点数据重构滤波与二维屏幕低通滤波的卷积。
5.根据权利要求1所述的三维点采样数据高性能渲染方法，其特征在于在步骤(4) 中，具体是；首先，根据采样点的x、y和ζ坐标由小到大排序得到3组顺序表；然后，根据当前视点判定绘制时所用的顺序表，以避免每次绘制的排序问题，加快了绘制速度；对于不可见采样点的剔除，利用八叉树来加速该过程遍历八叉树，当结点的包围球投影在屏幕之外或结点的法锥面完全背向于视点，则剔除该节点所包含的采样点；同时，该方法遵循从后往前的绘制原则，故直接用开放性图形库OpenGL绘制可得到透明的数据绘制效果。
全文摘要
本发明提供一种三维点采样数据高性能渲染方法，包括下述步骤通过构建3D采样点最近邻域集的局部隐式曲面并结合微分几何理论，估算其法向信息；通过协方差分析邻域点集，确定3D采样点在其切平面上的椭圆表示；利用具有良好反走样效果的椭圆加权滤波对3D采样点数据进行绘制，以获得高质量的数据渲染效果；依据采样点在当前视角下深度值得到的排序，设计三维点采样数据的单遍绘制算法，以加快渲染速度。采用本方法可对3D点采样数据进行高性能即快速且高质量的渲染。
文档编号G06T15/00GK102214366SQ20111020317
公开日2011年10月12日 申请日期2011年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者王仁芳 申请人:浙江万里学院