基于改进Blinn-Phong光照模型的机载SVS地形着色方法

三维地形着色技术是机载合成视景系统的重要技术之一,传统的纹理贴图需要大量纹理数据库存储资源,基于光线追踪的全局光照模型对嵌入式软硬件资源要求高。针对这一问题,设计了一种基于改进Blinn-Phong光照模型的机载合成视景系统(SVS)地形着色方法,改进了光照模型,优化了顶点颜色映射、法向量计算算法。仿真试验结果表明,改进方法存储占用、内存占用显著低于纹理贴图,在CPU占用率、GPU占用率、显示帧率方面优于改进前,适用于机载合成视景系统应用场景。

基于Blinn-Phong技术的颈部弱脉搏振动连续拍照法获取脉搏波信号

目的颈动脉在振动较弱情况下仍保留大多数的主波、潮波、重搏波等完整信息。本文提出通过Blinn-Phong模型放大颈动脉皮肤表面振动的原始信号来获取颈动脉脉搏波。方法在近红外光照明环境中,在颈动脉皮肤上静电吸附一张光滑圆形薄膜片,建立一个局部Blinn-Phong模型。使用相机连续拍摄颈动脉处皮肤振动的图像序列,再通过对图像序列选取感兴趣区域(region of interest,ROI)的像素变化获取脉搏波原始信号。采用带通滤波和经验模态分解与重构算法,最后得到特征点保留完整及周期状态稳定的脉搏波信号。在采集颈动脉脉搏波信号时,同时用一款目前临床使用的接触式动脉血压及血流动力学检测设备TL-400,测量桡动脉脉搏波及心率等生理参数并与实验数据对比。结果在获取的15名弱脉搏受试者的颈部脉搏波信号中,其中13名受试者主波信号可以完全测得,信号周期稳定且特征点明显,潮波和重搏波信号的获取率分别为81%和72%。2名受试者由于体脂过高,获取了较少完整周期的脉搏波。与TL-400设备获取的心率具有一致性,且获取的脉搏波波形与TL-400所获取的波形特征细节及趋势一致。结论本文提出的方法可以获取颈动脉弱振动下,周期稳定并保留大多数潮波和重搏波等特征的完整脉搏波信号,为后续的心率、心率变异性、血氧甚至血压等生理参数的测量提供稳定和可靠的信号源。

光照突变场景中结合Phong模型的分层差分前景检测

针对前景检测中光照突变问题和非平稳背景扰动问题,提出一种块级-像素级分层背景差分结合Phong模型的前景检测方法。首先,利用块级Sigma-delta背景差分算法快速检测前景区域且有效处理非平稳背景,然后利用Phong模型对前景区域进行光照突变处理提取出粗目标,最后利用像素级Sigma-delta算法对粗目标执行像素级前景提纯操作和对背景进行更新。实验表明,该方法在光照突变场景中及非平稳背景中能鲁棒实现前景检测。

基于纹理映射与Phong光照模型的体绘制加速算法

为了提高体绘制速度,提出了一种基于纹理映射、具有Phong光照效果的体绘制加速算法.该算法是根据Phong光照模型,利用一单位球面体来仿真相同光照绘制条件下的每一个体素的反射光强,首先形成一个以法线矢量为索引值的反射光强查寻表,再应用窗值变换的加速算法来计算体素的不透明度;然后采用纹理映射的方法将体素光强值与由不透明度组成的3D数据集从物体空间投射到观察空间,再沿视方向融合为3D图象.实验表明,这种3D旋转的明暗修正保证了体绘制中3D旋转几何变换的多视角观察的交互速度.由于该算法综合了体绘制软件算法数据处理与纹理映射硬件加速的优点,并用2D纹理映射与融合的方法实现了体数据的3D重建,因而不仅降低了对计算机硬件与软件环境的要求,而且在目前通用个人计算机上即可获得近似实时的交互绘制速度和良好的3D图象品质.据研究,该算法同样适用于3D纹理映射的体绘制方法.

使用多重纹理实时绘制Phong高光表面

物体表面的高光现象均由镜面反射的一个复杂的非线性表达式描述,这为实时绘制带来了困难,由此本文提出了一种使用纹理映射技术绘制高光表面的方法。首先将具有镜面反射表达式的Phong模型分解成多个预计算的函数,然后存储为纹理图,最后使用多重纹理技术将这些纹理组合起来,实现高光表面的绘制。实验结果表明,本文算法大大提高了绘制的性能。

一种基于Phong物体光照模型的阴影检测算法

针对目前运动目标检测算法中常将阴影误检为前景目标的问题,提出一种基于Phong物体光照模型的阴影检测算法。基于Phong物体光照模型,我们对场景中象素的亮度值进行分析,通过定义一个亮度相对变化量,推导出他在整个阴影区域是比较稳定的,所以在一个(5×5)的模板上用协方差来衡量这种稳定性,从而得到第一个阴影判决式。又推导出阴影区域亮度相对变化量随时间的变化保持相对稳定,设计一个滤波模板来增大目标区域的不稳定性,从而得到第二个阴影判决式。最后结合以上二个阴影判决式进行阴影检测,并对实验结果进行定性和定量的评估。与前人提出算法比较,本文提出的算法在阴影检测率和区分率等方面都得到了提高,具有较强的鲁棒性。

基于Phong光照模型的凹凸纹理模拟

基于Phong光照模型,讨论并研究了凹凸纹理映射技术的原理及实现方法,并在此基础上,通过设定偏移函数,给出了基于Phong光照模型下凹凸纹理的实现结果。该方法实现原理简单,速度较快。

基于Phong模型的多幅图像SFS算法研究

三维形状恢复是计算机视觉领域的热点之一。目前基于Shape-From-Shading(SFS)的三维形状恢复方法采用描述漫反射的Lambertian模型,其数学形式简单,但重构结果与实际有较大差距。文中提出了一种基于Phong模型的多幅图像SFS三维形状恢复算法,该模型是一种典型的描述镜面反射的非Lambertian模型。首先由摄象机获得单目三幅不同光源位置的图像。然后求解由Phong模型描述的三个反射图方程,得到物体表面梯度向量。进一步利用灰度约束和梯度分量约束条件构造目标泛函,建立相应的Eulor-Poision方程并采用离散差分近似微分运算,得到物体表面三维形状恢复的迭代算法。提出的算法利用三幅图像的灰度值建立方程组,求得唯一确定的表面梯度数值,解决了传统单幅图像恢复三维形状的病态问题。同时基于非Lambertian模型建立反射图方程,可对含有镜面反射的表面进行三维形状恢复。最后通过仿真实验说明算法的有效性。

体素分类与Phong光照模型GPU加速体绘制

为了提高体绘制的速度和效果,研究了体数据的分类和计算及其在图形处理单元上加速实现的体绘制算法。分别采用点体素先分类和预积分后分类方法为体数据分配颜色和不透明度,改进了利用不透明度对颜色加权改善绘制效果,根据Phong光照模型对体数据进行渲染。通过查找表软件加速和图形处理单元硬件加速两个方面分别实现并进行比较,实验结果表明,采用图形硬件加速的方法达到实时交互的效果,体绘制性能大大提高。

基于Phong模型的多光源闪烁仿真

真实感图形绘制中的光照是计算机图形学的热点问题。该文介绍了Phong光照模型及其的OpenGL实现。结合一个多光源闪烁的实例,详细叙述真实感图形的光照处理过程。该方法对舞台灯光的仿真有一定的参考价值。

简单光反射模型(Phong模型)的导出

简单光反射模型只考虑物体对直接光照的反射作用,而物体间的光反射作用,只用环境光来表示,Phong模型即为这样的一种模型。本文分别从光反射作用的各个组成部分来导出Phong模型。

基于Phong模型的明暗恢复形状的新算法

针对传统的混合表面形状恢复算法存在较大误差的问题,提出一种透视投影下从单幅图像混合表面明暗信息恢复形状的新算法。采用Phong反射模型来描述物体表面反射特性,假设光源处于相机的光心处,建立透视投影下的图像辐照度方程。然后由辐照度方程构造包含物体深度信息的HamiltonJacobi偏微分方程,引入局部高阶LLF通量分裂格式和五阶WENO格式逼近微分方程的粘性解,最终得到物体表面三维形状。实验结果表明,与传统算法相比,新算法的恢复高度的最大误差和平均误差均显著降低。

一种基于Phong模型的体绘制明暗度快速算法

高效、精确地完成三维医学图像数据 (如 CT、MRI等 )的体积显示 ,有助于医生对感兴趣的病灶部分或器官形成直观的认识 ,从而做出诊断或手术计划 .针对体绘制的一个重要环节——明暗度的处理 ,提出了一种基于球面三角化的快速算法 ,其速度较传统的明暗度处理方法快近 2倍 ,同时大大节省了中间数据的存储量 ,有利于在微机上实现 .误差分析和实验结果表明 ,所提出的快速算法绘制质量与传统方法没有明显差异 。

基于改进Phong模型的天基光学观测GEO目标姿态估计方法

针对于缺少基于天基光学观测的空间目标姿态估计的问题,提出将无味卡尔曼滤波应用于基于天基光学观测的地球同步轨道目标姿态估计中.以光学横截面积代替星等作为观测量,提高观测方程的线性化水平,实现观测方程的简化;同时建立基于改进Phong模型的光学横截面积观测模型,在提高观测方程描述能力的同时,以角度作为模型的输入,极大地简化了计算,增强了实时性.最后,以贴敷聚酰亚胺薄膜及朗伯体材质的长方体为例,对比分析了姿态估计情况,验证了所提方法的有效性;并进一步对正六棱柱、正八棱柱进行了姿态估计.

完全氧化DZ125的双向反射特性实验研究

作为燃气轮机的核心部件,涡轮叶片长期在上千度的高温下工作,为了保证叶片安全可靠地运行,需要对其温度进行实时的监测。辐射测温是目前涡轮叶片非接触式测温的主流方法,其测温精度与叶片材料反射特性关系密切,如何预测不同方向反射能量的大小,减小反射辐射对测温结果的影响是目前研究的难点。为了预测叶片反射能量大小,提高辐射测温的准确性,对涡轮叶片常见材料——完全氧化DZ125的双向反射分布函数(BRDF)进行研究。采用对比法作为实验测量的方法,先分析了BRDF对比法测量原理及数据处理方法,之后自主搭建了试验台,在温度分别为25,900和1100℃,波长分别为1060,1550和1908 nm的条件下,控制入射天顶角及反射天顶角在0°~60°范围变化,方位角在0°~180°范围变化,测量计算出了多组BRDF值,分析了各种因素对完全氧化DZ125的BRDF的影响。最后采用Modified Phong模型对BRDF测量值进行了拟合,并与实验测量结果进行了对比,得到了较好的结果。研究结果表明,温度、波长对完全氧化DZ125的BRDF影响较小,在涡轮叶片工作的温度范围变化不大,辐射波长变化不大时,可忽略二者对BRDF的影响。而入射天顶角、反射天顶角与方位角对BRDF的影响很大,入射天顶角与反射天顶角大小越相近,方位角越接近180°,测量探头所处位置与镜面反射方向就越接近,试样的镜面反射特性就越显著,BRDF就越大;反之,当探头远离镜面反射方向,漫反射占据主导,BRDF将呈现快速的衰减。实验结果显示完全氧化DZ125具有很强的镜面反射特性。Modified Phong模型拟合得到的结果,能够较好地反映出完全氧化DZ125的双向反射特性。这一模型简单可靠,适用于后期采用蒙特卡罗方法进行数值模拟研究,以预测完全氧化DZ125材料的反射能量分布,为后续开展涡轮叶片辐射测温的研究提供理论基础。

《光谱学与光谱分析》对来稿英文摘要的要求

来稿英文摘要不符合下列要求者,本刊要求作者重写,这可能要推迟论文发表的时间。1.请用符合语法的英文,要求言简意明、确切地论述文章的主要内容,突出创新之处。2.应拥有与论文同等量的主要信息,包括四个要素,即研究目的、方法、结果、结论。其中后两个要素最重要。有时一个句子即可包含前两个要素,例如“用某种改进的ICP-AES测量了鱼池水样的痕量铅”。

重要度引导的抽象艺术风格绘制

针对非真实感抽象绘制技术中可能存在的抽象程度整体趋于一致、缺少色彩层叠感的问题,提出一种自动的、基于图像重要度的抽象艺术风格绘制方法.首先通过梯度和显著度加权计算得到图像的重要度,并将该重要度引入抽象艺术风格绘制;在绘制过程中,为了保留图像的局部结构和方向特征,采用各向异性滤波平滑结构张量场,并沿张量场局部曲线方向进行积分卷积计算;最后采用改进的局部光照明Phong模型对抽象结果进行渲染,有效地突出不同光照条件下的艺术表现力,增强了艺术效果的色彩层叠感.实验结果表明,该方法能对图像局部区域进行不同程度的抽象,更好地保留图像中的局部细节和结构特征,更加符合格式塔理论,并可以产生具有色彩层叠感的抽象艺术效果.

一种基于物理反射模型颜色不变性的阈值分割算法

提出了一种适用于视频监控场景的基于物理反射模型的阈值分割算法,该算法主要解决背景颜色识别受光强非均匀分布、高光效应影响的问题.算法步骤主要包括:首先基于Phong反射模型推导出漫反射分量颜色不变性并根据这一判定条件计算得到漫反射分量系数;其次,利用微分法则实现对模型镜面反射分量系数和镜面反射强度指数的估计;最后,根据建立的物理反射模型实现背景阈值分割.大量实验分析结果表明,文中提出的算法利用视频监控的物理反射模型和大量统计信息,能够更好地解决受光强非均匀分布和高光效应影响的颜色识别问题.

叶片非朗伯特性影响冠层辐射分布的辐射度模型模拟与分析

在大量的植被冠层遥感模型中,辐射度模型作为一种计算机模拟模型具有很多优点,它对理解植被—辐射相互作用过程和研究植被冠层辐射机理具有重要的理论价值。传统的辐射度模型假设冠层内叶片为朗伯体。但随着对叶片特性的深入研究发现,叶片的反射特性不能单纯的看成是理想漫反射过程。为了消除传统辐射度模型的朗伯假设,完善辐射度模型,本文利用Phong光照模型模拟叶片表面非朗伯(镜面反射)部分的分布特性,在基于真实结构冠层场景的辐射度模型(RGM)的基础上,增加了叶片镜面反射分量的计算。文中以玉米冠层为例,比较并分析了叶片的镜面反射分量对冠层辐射分布的影响。最后,从辐射度模型原理出发,进一步推导得出了计算冠层镜面反射分量的辐射度公式,从理论上证明了在可见光—近红外区的冠层镜面反射分量与波长无关。本文使用的方法具有简单、易于实现的特点。经过扩展后的辐射度模型既保留了传统辐射度模型的优点,又增加了该模型的功能和模拟范围。

红外多光谱图像仿真方法研究

针对光电武器研制过程中多光谱图像获取困难的问题，提出了一种通过三维立体场景生成红外多光谱仿真图像的方法。该方法能够生成三维场景任意角度的红外仿真图像，并形成特定波长范围的数据立方体。在3～5μm范围内对特定目标进行了仿真实验，以0．005μm为步长生成了包含401张红外图像的数据立方体。为体现反射光的方向特性，推导了一种基于Phong模型的BRDF模型，并应用于对方向性较强的太阳直接辐射的反射在红外波段的计算，并在3～5um范围生成了具有方向特性的红外仿真图像立方体。一系列实验数据表明，该仿真方法可快速生成红外多光谱图像数据立方体，而BRDF模型能够真实地反映反射的方向特性，提高了仿真图像的逼真度。