图像绘制技术：计算机图形学与角色群组仿真实践

基于图像的绘制技术是应用于计算机视觉和计算机图形学两个领域的通用技术。传统的创建虚拟场景的方法是使用3D模型直接进行渲染，而使用CAD模型获取的数据一般是多边形、双线性插值面片、连续实体几何以及八叉树表示方法。一般的场景还需要通过纹理映射、环境映射、阴影算法增强场景的真实性。

基于图像的渲染技术与传统的3D模型渲染方法的区别见表6-1。

表6-1 3D模型的绘制与图像绘制的区别

在传统的3D绘制技术中，所使用的模型是表达准确的3D模型，场景的更新通过这些模型的位置改变或者观察点位置改变来实现。而基于图像的绘制技术中使用的是所表示物体的图像集合，真实物体和场景的图像获取相对更容易些。

3D渲染技术通过传统的渲染通道实现，包括模型变换、视图变换、背面剔除、消隐等步骤，整个渲染过程的复杂度取决于模型的面片数或体元数。为渲染复杂场景，一般来说需要使用加速算法。与使用3D模型创建虚拟场景相比，基于图像的绘制技术仅仅使用原始的图像即可创建新的虚拟场景。基于图像的绘制技术通过输入图像的数据集中选取源图像和目标图像，然后对前后的图像进行插值或者进行体素映射，从而生成新的虚拟场景。渲染过程的复杂度与场景的复杂度无关，而且由于避免了大量的计算，不需要特定的硬件加速方法。

根据渲染对象的承载体，基于图像的绘制技术^{[19，96，97]}又分为无几何、基于隐式几何和基于准确几何三类。无几何图像渲染使用全景图来构建虚拟环境，在虚拟环境中漫游相当于选择不同的全景图。基于Billboard的渲染方法则是一种基于隐式几何的图像渲染方法。而传统的纹理映射方法是一种依赖于准确的几何模型但只需要少量图像的方法。图像渲染方法的优越性是生成图像的质量与场景的复杂性无关，不用专门的硬件加速就能获得很强的真实感和实时的交互速度。(www.xing528.com)

根据像素索引方式的特性，基于图像的绘制技术也可以分为四类：非真实感图像映射、基于图像的镶嵌技术、密集采样插值技术以及几何近似的像素映射技术。

（1）非真实感图像映射将两幅图像由源图像缓慢过渡到目标图像中，在该类技术中，像素位置计算中不考虑3D几何模型，非真实感图像映射通过不相关的两幅图像实现插值映射。这种技术广泛地应用于广告、娱乐业。

（2）基于图像的镶嵌技术将两幅图像结合成一幅更大或者分辨率更高的图像。早期的图像镶嵌技术常用于地球卫星图片和大气数据的合成等。

（3）密集采样插值技术是通过围绕一个物体或者一个场景，从各个不同视点拍摄一系列图片，然后通过插值这些事先拍摄的图片从而生成任意视点上的场景。这种方法的优势在于不需要其他方法中所需的复杂的像素映射过程。

（4）几何近似的像素映射技术使用相对较少数量的图片，在一个指定的摄像机视点位置上，重新映射图像像素。几何模型的约束规则可通过像素的深度来给出。当一个像素的深度已经给出之后，相应地可以计算像素所对应的位置。