50、基于图像的建模与渲染之视觉外壳技术解析

基于图像的建模与渲染之视觉外壳技术解析

在当今的娱乐产业中，合成的真实场景图片随处可见，它们常常与实际的电影片段混合，广泛应用于电脑游戏、体育广播、电视广告和故事片等领域。基于图像的建模与渲染，就是利用预先录制的场景图像来创建一个视觉模型，以支持合成该场景的新图像。本文将重点介绍其中一种代表性方法——视觉外壳（Visual Hulls）。

1. 视觉外壳的基本概念

物体的轮廓会限制其位于与之相切的视锥内。当有多个图像及其对应的轮廓时，很自然地可以通过这些视锥的交集来近似物体的形状，这个交集就被称为视觉外壳。虽然视觉外壳仅基于轮廓信息构建，只能提供物体的外部近似，无法揭示表面的凹面，但在有足够多图像的情况下，它能对观察到的表面的凸面和鞍形部分提供合理的近似，多年来已成为基于图像的建模和渲染中流行且有效的工具。

视觉外壳模型的边界在物体由光滑表面包围的情况下，是一个广义多面体。其面是视锥边界的一部分，边是这些面之间的相交曲线段，顶点是三个或四个面相交的点。视觉外壳的顶点有两种类型：
- 三重交点（Triple points） ：三个视锥表面以横向方式相交形成的普通顶点，三条相应的相交曲线以非零角度相交。
- 前沿点（Frontier points） ：两个视锥表面相切相交的顶点，两条相交曲线分支交叉，两条遮挡轮廓也交叉。这些点通常出现在大多数图像对中，是极平面与表面相切的位置，投影光线在该平面内，相应的极线在这些点的投影处与两条轮廓相切。

2. 视觉外壳的计算算法

计算视觉外壳的过程主要包括构建其骨架（由边和顶点组成）和填充锥条内部两个主要步骤，