基於多重BRDFs之复杂材质反射特性重建系统分析.pdf

行 精 類 行 年年 行 立 參理 林 論 理 利 年 年 目 錄 一、研究背景簡介2 二、研究動機3 三、研究方法概述3 3.1 前置處理 4 3.2 群集的反射特性重建過程 4 四、結果與討論6 五、計畫成果自評12 一、研究背景簡介 近幾年來，隨著科技的發展，電腦速度日益進步、顯示卡的繪圖處理單元(graphics processing units)不斷的增加硬體加速功能與可程式化的硬體技術，3D影像重建也隨著需求相關應用 越來越多，製作也越來越精細，例如數位典藏，運用重建技術將珍貴的文物數位化，真實 的呈現在電腦上，可依照使用者喜好任意旋轉，達到永久 典藏與多樣化的目的。動畫、電 影、遊戲、工業產品初期的樣品製作，運用重建技術將物體重建，可方便製片者搭配所需 的背景、物體角度或合成多種物體，減少每個場景就重繪 物體的成本。在醫學上，運用斷 層掃瞄和重建技術，重建出人體內器官或組織的影像，方便醫師的診斷。 在整個重建領域中，結合了電腦圖學與電腦視覺兩大範疇 ，其目的是將真實世界的物體在 電腦上逼真的呈現出來，呈現的效果可依重建技術和需求 而有所不同，比如是否可更改視 角，是否可將重建出來的物體放至使用者設定的場景中， 甚至是否可依照使用者的喜好重 新打光。重建依照幾何模型的需求與否，主要 分為兩大類，一個是基於影像的描繪技術 (Image-Based Rendering) ，一個是基於幾何的描繪技術(Geometry-Based Rendering) 。兩者的 優劣大至互補。 基於影像的描繪技術是一堆影像的集合，首先在真實的場景中，繞著物體在各種不同角度 拍攝，或是固定觀測點拍攝四周景像，拍攝而成的照片收 集成一個數位資料庫，重建時依 據觀看者的角度，而抽取出該角度的照片，無該角度的影像時，則使用其他角度的影像內 插 (Interpolate) ，或單張角度的轉換(Warp) 。這技術的優點為不需要幾何模型，成本低，品 質精細。描繪的過程中完全由 2D的相片或材質所組成，故不需要額外建造幾何模型的硬 體設備與技術，也不會因為物體或光源的複雜度增加而成本增加，只跟相片的解析度有關， 另外重建呈現出來的是真實的相片或材質，所以擬真的程度相當好。缺點為操控性差，儲 存影像的容量大，欲製作越平順越連續的影像，所需拍攝的角度越多，耗費的儲存成本相 對越高。此外基於影像的描繪技術沒有使用到幾何模型，也沒量測材質的特性，所以重建 的結果並沒有辦法重新打光。合成多樣重建物體於同一影 像上時，也會因為當初彼此間場 景光源的不同而發生問題。 基於幾何的描繪技術包含了建立幾何模型 (Modeling) 、取像(Acquisition) 、表現 (Representation) 、描繪(Rendering) 等過程。在3D場景中，需要操控或旋轉，就必須建立一 個幾何模型，模型由頂點和網格所組成，製作方式可由軟體手動建出模型，或是利用 3D 雷射掃瞄器、視覺空殼 (Visual Hull)或探針邊緣偵測 …等方式建出真實世界中物體的模型。 2 取像與基於影像的描繪技術的方式大致相同，繞著物體在各種角度拍攝照片，作為表現過 程的樣本，取像的數量依據表現法的需求而不同。表現法包含了許多電腦圖學的技術，所 使用的技術跟光源環境、取像次數和所需要的品質都有很 大的關係，所以表現法最能代表 重建的特色，一般開發新的重建技術大多都在表現法裡有所著墨，最為人所知的表現法有 材質貼圖(Texture mapping) ，將取像的照片當作材質，依照網格大小與空間位置鋪於模型的 表面，另外還有光場貼圖(Light field map