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基于单目RGB数据的三维模板物体跟踪算法综述
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作者 宋修强 金立 +3 位作者 宋婧 李佳宸 孟祥旭 秦学英 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期1-13,共13页
文中介绍了三维物体跟踪技术及其最新研究进展,包括理论基础与评估指标、基于视觉特征的传统位姿求解和基于学习的位姿估计.分析了传统算法中各种特征约束、统计分割模型、能量函数以及加速策略.其中,区域及边缘约束成为跟踪的主流方向... 文中介绍了三维物体跟踪技术及其最新研究进展,包括理论基础与评估指标、基于视觉特征的传统位姿求解和基于学习的位姿估计.分析了传统算法中各种特征约束、统计分割模型、能量函数以及加速策略.其中,区域及边缘约束成为跟踪的主流方向,多种特征可以融合产生更强的约束.统计分割模型由全局模型逐步发展为局部模型.非线性最小二乘形式的能量函数易于优化而被广泛采用.预计算、预渲染的加速策略使得跟踪的实时性极大提高.基于学习的算法现阶段在精度和速度上不及传统算法,但展现了更好的特征提取能力和处理更复杂场景的潜力.梳理了多种算法的跟踪精度及取得高精度的原因.总结了三维物体跟踪在复杂情境下跟踪精度下降和失败的问题,及其潜在的解决方案与发展方向.三维物体跟踪正朝向多特征融合、预计算、多任务的方向发展. 展开更多
关键词 三维物体跟踪 姿态估计 增强现实
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基于卡尔曼滤波和随机回归森林的实时头部姿态估计 被引量:10
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作者 李成龙 钟凡 +1 位作者 马昕 秦学英 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期2309-2316,共8页
头部姿态估计在许多高层次的人脸分析任务中起着至关重要的作用,然而准确鲁棒的头部姿态估计仍然是具有挑战性的.针对当前流行的Kinect,提出一种基于卡尔曼滤波和随机回归森林的准确头部姿态估计方法.首先使用卡尔曼滤波在深度图中预测... 头部姿态估计在许多高层次的人脸分析任务中起着至关重要的作用,然而准确鲁棒的头部姿态估计仍然是具有挑战性的.针对当前流行的Kinect,提出一种基于卡尔曼滤波和随机回归森林的准确头部姿态估计方法.首先使用卡尔曼滤波在深度图中预测头部的位置,并在预测区域内采样深度块;然后将采样深度块通过已训练的随机回归森林进行头部姿态估计,并将姿态估计值作为卡尔曼滤波的测量值;最后利用卡尔曼滤波结合预测值和测量值得到最终的头部姿态估计参数.实验结果表明,与现有的随机森林算法相比,该方法具有更快的速度、更好的鲁棒性和更高的准确率. 展开更多
关键词 头部姿态估计 卡尔曼滤波 随机回归森林
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带洞点云多层同步表面重建方法 被引量:3
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作者 王筱婷 王璐 孟祥旭 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第10期2642-2653,共12页
针对法向信息缺失和采样点缺失的带有洞的散乱点云数据,提出了一种高效、高质量的多层同步表面重建方法.首先利用动态等高线检测出含有洞的八叉树节点,并且基于HPR(hidden point removal)映射计算出八叉树顶点的内外状态,建立带有顶点... 针对法向信息缺失和采样点缺失的带有洞的散乱点云数据,提出了一种高效、高质量的多层同步表面重建方法.首先利用动态等高线检测出含有洞的八叉树节点,并且基于HPR(hidden point removal)映射计算出八叉树顶点的内外状态,建立带有顶点内外标识的空间有向状态八叉树,然后基于八叉树节点内法向测试方法保证基于k近邻表面重建过程中采样点的法向的正确性,且该空间有向状态八叉树可以支持不同层次的点云同步重建,在保证重建结果正确性的前提下,提高重建效率. 展开更多
关键词 表面重建 点云 状态八叉树 K近邻 HPR
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结合深度图像和强度图像的人脸浅浮雕生成算法 被引量:8
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作者 陆巧 王璐 +1 位作者 孟祥旭 王文佳 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第7期1172-1181,共10页
针对单纯基于深度图像压缩方法生成的三维浮雕模型容易存在大量噪声,并且易丢失细节的问题,为了生成特征表达准确且具有艺术美感的人脸浅浮雕,提出一种基于三维深度图像和与之对应的二维强度图像的混合人脸浅浮雕的生成算法.首先对三维... 针对单纯基于深度图像压缩方法生成的三维浮雕模型容易存在大量噪声,并且易丢失细节的问题,为了生成特征表达准确且具有艺术美感的人脸浅浮雕,提出一种基于三维深度图像和与之对应的二维强度图像的混合人脸浅浮雕的生成算法.首先对三维深度图像的高度场进行压缩生成浮雕基网格;然后提取二维强度图像的灰度信息、梯度信息和显著度信息,并基于显著度信息对基网格的高度场相应地叠加灰度和梯度信息,以保持脸部五官的细节;最后根据显著度信息使用Laplace算子对网格进行光顺处理,使脸部光滑.实验结果表明,与单纯使用基于深度图像压缩方法相比,文中算法生成的浅浮雕模型可以更好地保持五官的细节特征;与基于图像的浮雕生成方法相比,该算法避免了复杂交互操作,可以更好地保持人脸的整体轮廓和形状. 展开更多
关键词 人脸浅浮雕 深度图像 强度图像 基于上下文的显著度
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基于点的全局光照绘制方法综述 被引量:6
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作者 徐翔 王璐 +2 位作者 徐延宁 杨承磊 孟祥旭 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期689-697,共9页
全局光照的计算是真实感绘制的重要部分,基于点的全局光照算法(PBGI)是一种高效的全局光照计算方法,虽然该方法绘制质量有偏,但以其快速高效、无噪声而被广泛地应用于影视动漫行业.文中总结了PBGI相关工作,并将其分为更复杂的绘制效果... 全局光照的计算是真实感绘制的重要部分,基于点的全局光照算法(PBGI)是一种高效的全局光照计算方法,虽然该方法绘制质量有偏,但以其快速高效、无噪声而被广泛地应用于影视动漫行业.文中总结了PBGI相关工作,并将其分为更复杂的绘制效果、基于点的绘制优化、基于众核的加速优化和PBGI存储优化4类方法进行对比分析;进一步地,从绘制速度、绘制质量、算法并行度、绘制场景规模和算法实验难度5个方面对上述4类PBGI方法进行对比分析;最后指出该方法目前面临的问题和挑战,为后期的研究提供思路. 展开更多
关键词 真实感绘制 全局光照 基于点的全局光照
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基于机器学习的三维场景高度真实感绘制方法综述 被引量:5
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作者 赵烨梓 王璐 +6 位作者 徐延宁 曾峥 葛亮昇 朱君秋 徐子林 赵钰 孟祥旭 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期356-376,共21页
目前,电影、动漫、游戏等产业对真实感绘制的需求越来越高,而三维场景高度真实感绘制通常需要耗费大量的计算时间和存储空间来计算全局光照,如何在保证绘制质量的前提下提升绘制速度依然是图形学领域面临的核心和热点问题之一.数据驱动... 目前,电影、动漫、游戏等产业对真实感绘制的需求越来越高,而三维场景高度真实感绘制通常需要耗费大量的计算时间和存储空间来计算全局光照,如何在保证绘制质量的前提下提升绘制速度依然是图形学领域面临的核心和热点问题之一.数据驱动的机器学习方法开辟了一种新的研究思路,近年来研究者将多种高度真实感绘制方法映射为机器学习问题,从而大大降低了计算成本.总结分析了近年来基于机器学习的高度真实感绘制方法的研究进展,具体包括:基于机器学习的全局光照优化计算方法、基于深度学习的物理材质建模方法、基于深度学习的参与性介质优化绘制方法、基于机器学习的蒙特卡洛降噪方法等.详细论述了各种绘制方法与机器学习方法的映射思路,归纳总结了网络模型以及训练数据集的构建方式,并在绘制质量、绘制时间、网络能力等多个方面开展了对比分析.最后,本文提出了机器学习和真实感绘制相结合的可能思路和未来展望. 展开更多
关键词 真实感绘制 机器学习 全局光照 基于物理的材质模型 蒙特卡洛降噪
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采用MEMS传感器感知的虚拟现实射击识别设备与系统 被引量:8
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作者 秦溥 杨承磊 +5 位作者 李慧宇 卞玉龙 王秋晨 刘娟 王玉超 孟祥旭 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第11期2083-2090,共8页
射击影院是虚拟现实影院最流行的一种形式,其核心组件之一是射击识别系统.为了解决现有虚拟现实影院射击识别系统成本高、交互范围受限等问题,设计了一种射击游戏枪,并提出一个将虚实枪融合的交互射击系统.首先采用3D打印技术设计制作... 射击影院是虚拟现实影院最流行的一种形式,其核心组件之一是射击识别系统.为了解决现有虚拟现实影院射击识别系统成本高、交互范围受限等问题,设计了一种射击游戏枪,并提出一个将虚实枪融合的交互射击系统.首先采用3D打印技术设计制作基于微机电系统(MEMS)传感器的交互枪,通过MEMS传感器获取枪身的姿态,结合Kinect获取的枪身空间位置、建立的虚实空间坐标系和转换映射关系确定用户的射击位置,以及射击方向;然后利用Kinect获取的用户视点位置将虚拟场景进行基于视点的渲染,使用户看到虚拟枪图像与实体枪重叠,从而产生手握虚拟枪的错觉.结合文中设计的后坐力模拟装置,在游戏过程中根据虚拟枪的不同枪型调整实体枪的后坐力力度、射速以及屏幕准星抖动范围.配合场景特效及音效,让用户将注意力集中在游戏内容和虚拟枪上,体验身临其境的射击效果.实验和用户生理电数据采集分析表明,与已有系统相比,文中系统更容易被用户接受,用户体验更佳. 展开更多
关键词 虚拟现实 人机交互 微机电系统 力反馈 射击影院
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基于自适应特征融合的无纹理3D目标跟踪 被引量:3
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作者 黄鸿 钟凡 秦学英 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期833-841,共9页
基于轮廓匹配的无纹理3D目标跟踪算法需要根据3D模型和2D投影轮廓的3D—2D匹配点连续估计目标的位置和姿态,但在背景复杂和运动模糊的情况下容易错配导致跟踪失败.针对此问题,提出一种基于自适应特征融合的3D目标跟踪算法.首先在3D模型... 基于轮廓匹配的无纹理3D目标跟踪算法需要根据3D模型和2D投影轮廓的3D—2D匹配点连续估计目标的位置和姿态,但在背景复杂和运动模糊的情况下容易错配导致跟踪失败.针对此问题,提出一种基于自适应特征融合的3D目标跟踪算法.首先在3D模型投影轮廓附近进行轮廓匹配和颜色统计建模,以提取轮廓特征和颜色特征;然后定义基于轮廓特征和颜色特征自适应加权的能量函数,并计算其相对于位置和姿态参数的偏导数;最后通过LM优化算法求解位置和姿态参数的最优值.为处理目标和相机的快速运动,采用由粗到细的策略在多尺度视频帧中迭代跟踪.定性和定量实验结果表明,在复杂背景和运动模糊的情况下,该算法仍能实现快速稳定的跟踪,具有较高的精确性和鲁棒性. 展开更多
关键词 3D目标跟踪 轮廓匹配 颜色统计 特征融合
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支持观众群体交互的超感影院系统 被引量:2
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作者 盖伟 崔婷婷 +4 位作者 杨承磊 王楚天 于洪达 关东东 孟祥旭 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第12期2393-2401,共9页
针对飞翔影院、4D动感影院等超感影院很少支持观众互动参与的问题,提出支持观众群体自然交互的超感影院系统.在播放影片前,用户预先定义影片与动作映射关系,对影片的交互节点进行配置,并生成配置文件;在播放影片时,当播放到交互节点时,... 针对飞翔影院、4D动感影院等超感影院很少支持观众互动参与的问题,提出支持观众群体自然交互的超感影院系统.在播放影片前,用户预先定义影片与动作映射关系,对影片的交互节点进行配置,并生成配置文件;在播放影片时,当播放到交互节点时,系统启动动作与语音识别模块捕获相应动作与语音信息,同时读取配置文件信息,获取交互指令与待播放影片的关系;然后根据识别模块的结果,即观众群体的交互命令实现用户与剧情互动,进行剧情选择或控制.用户评估结果表明,与传统超感影院相比,该系统可以让用户感受到更强、更自然的沉浸式体验和娱乐效果. 展开更多
关键词 超感影院 语音交互 手势交互 多通道自然交互 观众群体交互
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采用Intel集成众核架构的并行光线追踪加速方法 被引量:2
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作者 宋元杰 王璐 孟祥旭 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第12期2313-2322,共10页
针对真实感渲染光线追踪流程中光线和场景求交计算量大、渲染速度慢的问题,提出一种基于Intel集成众核架构的并行光线追踪加速方法.在场景预处理阶段,首先构建四分支场景加速结构,以适应于MIC的硬件架构.在光线追踪阶段,首先通过CPU主... 针对真实感渲染光线追踪流程中光线和场景求交计算量大、渲染速度慢的问题,提出一种基于Intel集成众核架构的并行光线追踪加速方法.在场景预处理阶段,首先构建四分支场景加速结构,以适应于MIC的硬件架构.在光线追踪阶段,首先通过CPU主核控制光线追踪整体流程,该主核采用多线程调度优化策略,调度MIC从核进行光线和场景树的求交操作,实现CPU和MIC的异步数据传输,充分利用主从核的计算能力;在MIC从核的光线和场景树求交过程中提出一种并行求交算法,充分利用MIC宽SIMD处理单元,实现光线和场景树4个结点并行求交的向量化操作,以加速求交过程.实验结果表明,与CPU原生模式相比,文中方法在光线求交阶段可达到2~4倍的加速效果,整体光线追踪流程渲染速度亦得到显著提升. 展开更多
关键词 光线追踪 协处理 求交向量化
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三维模板跟踪的基准合成数据集构建及算法评估 被引量:4
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作者 何弦 李佳宸 +3 位作者 金立 刘力 钟凡 秦学英 《计算机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期585-600,共16页
三维模板跟踪旨在将预先构建的三维CAD模型与输入图像中的相应目标进行精确配准,在增强现实、机器人等领域具有重要的应用,也是计算机视觉领域的关键问题之一.近年来,三维模板跟踪的准确率和稳定性都得到了持续提升,但仅有少量的工作关... 三维模板跟踪旨在将预先构建的三维CAD模型与输入图像中的相应目标进行精确配准,在增强现实、机器人等领域具有重要的应用,也是计算机视觉领域的关键问题之一.近年来,三维模板跟踪的准确率和稳定性都得到了持续提升,但仅有少量的工作关注三维模板跟踪数据集的构建.随着深度学习的普及,各领域中大规模数据集的构建越来越被重视,为算法的训练、测试和评估奠定了基础,极大地推动了相关领域的发展.以往的三维模板跟踪数据集大多存在规模有限,画面不够自然、真实,多样性不足等问题.基于此,本文创建了一个大规模的基于真实感渲染的三维模板跟踪数据集(Render Dataset for Object Tracking,简称RDOT),其包含多种不同结构和材质的物体、复杂的运动模式,并且在场景、光照、噪声、运动模糊和遮挡等方面有丰富细致的设置,是目前三维模板跟踪领域最大的数据集,满足三维模板跟踪算法评估的各种需求.针对现有三维模板跟踪算法测评时使用的数据集不统一,测评结果难以客观全面地反映算法性能的问题,本文基于所构建的数据集,利用平均边缘距离、平均表面距离和重初始化率三种度量标准全面评估了目前主流的三维模板跟踪算法,并对评测结果进行了深入的分析讨论,给出了全面的分析报告和技术展望.此外,基于所构建的数据集,本文提出了对跟踪结果建立误差分析模型,并对结果进行校正的方法,有效改善了三维模版跟踪算法的准确率. 展开更多
关键词 三维模板跟踪 数据集构建 算法测评 增强现实 真实感渲染
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基于时间一致性局部颜色特征的无纹理3D物体实时跟踪
12
作者 黄鸿 钟凡 秦学英 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期99-111,共13页
针对无纹理3D物体跟踪算法在复杂背景和运动模糊的情况下容易跟踪失败、跟踪速度难以达到强实时等问题,提出一种基于时间一致性局部颜色特征的3D物体实时跟踪算法.首先在物体3D模型投影轮廓法向搜索线上计算像素颜色的加权均值作为局部... 针对无纹理3D物体跟踪算法在复杂背景和运动模糊的情况下容易跟踪失败、跟踪速度难以达到强实时等问题,提出一种基于时间一致性局部颜色特征的3D物体实时跟踪算法.首先在物体3D模型投影轮廓法向搜索线上计算像素颜色的加权均值作为局部颜色特征,增强颜色特征在复杂环境中的表征能力,并对局部颜色特征进行时间一致性更新,剔除前景背景颜色相似的局部颜色特征,以避免相似前景背景颜色导致的跟踪失败;然后定义基于局部颜色特征的能量函数,并推导该能量函数的解析导函数;最后改进了优化物体姿态的高斯牛顿法,通过添加阻尼参数防止姿态优化陷入局部极值,提高姿态估计精度和跟踪速度.实验使用7组测试视频验证文中算法,结果表明,该算法能更有效地克服复杂背景和运动模糊的干扰,在未使用并行计算的前提下可实现强实时跟踪. 展开更多
关键词 3D物体跟踪 姿态估计 时间一致性 局部颜色特征
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符合认知心理的三维人脸线条化评估方法
13
作者 岳双燕 王璐 +1 位作者 陆巧 孟祥旭 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第7期1059-1067,共9页
针对三维人脸几种典型的特征线条表达类型,结合人脸的领域知识和人脸识别认知机理,面向人脸线条化艺术方式,提出一种适用于人脸识别认知机理的人脸表情、朝向和五官的主观识别和评估方法.首先对大量的用户人脸进行识别测试,统计不同风... 针对三维人脸几种典型的特征线条表达类型,结合人脸的领域知识和人脸识别认知机理,面向人脸线条化艺术方式,提出一种适用于人脸识别认知机理的人脸表情、朝向和五官的主观识别和评估方法.首先对大量的用户人脸进行识别测试,统计不同风格化线条在识别过程的准确率和效率,评估在不同表情和人脸区域中不同线条的表达能力;然后依据评估结论融合不同类型线条,生成人脸线条化优化绘制结果.实验结果表明,优化后的线条化结果更加有利于人脸的主观识别,该方法可推广至人脸肖像画、油画等多种风格,适用于人脸肖像具有象征主义的艺术表达形式. 展开更多
关键词 非真实感绘制 风格化人脸 线条化 风格化绘制评估
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基于图形模拟的精细三维注册优化方法
14
作者 郑杨杨 李成龙 +1 位作者 钟凡 秦学英 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期984-991,共8页
为了处理不可解析求导的目标函数,并克服传统方法对图形绘制解像度敏感,易陷入局部极值的问题,提出一种基于模拟求解的三维注册优化方法.以首先定义基于轮廓特征的目标函数,并采用LM(Levenberg-Marquardt)算法进行求解;在每次迭代过程中... 为了处理不可解析求导的目标函数,并克服传统方法对图形绘制解像度敏感,易陷入局部极值的问题,提出一种基于模拟求解的三维注册优化方法.以首先定义基于轮廓特征的目标函数,并采用LM(Levenberg-Marquardt)算法进行求解;在每次迭代过程中,根据位置与姿态参数特征的不同自适应地调整方向导数计算,并分别采用解析式增量估计和随机采样式估计方法计算相应梯度方向,为目标函数模拟出光滑的表达.定量和定性的实验结果表明,文中方法可以快速收敛,很好地克服了局部极值问题. 展开更多
关键词 三维注册 模拟求解 梯度方向 局部极值
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基于多示例学习的颈椎健康评分方法
15
作者 李佳宸 徐颂华 秦学英 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期94-103,共10页
为解决颈椎健康评分及数据标注困难的问题,提出一种基于多值输入多示例学习的颈椎健康状态在线评分算法,仅需在训练阶段对颈椎运动数据长时序列的简单评分标注,即可估计颈椎短时状态的健康评分.首先将多值输入的多示例学习模型划分为多... 为解决颈椎健康评分及数据标注困难的问题,提出一种基于多值输入多示例学习的颈椎健康状态在线评分算法,仅需在训练阶段对颈椎运动数据长时序列的简单评分标注,即可估计颈椎短时状态的健康评分.首先将多值输入的多示例学习模型划分为多个二值输入的子分类器并分别进行训练,然后使用高斯模型将各个子分类器训练得到的示例分值融合,最后以一种新的包得分机制计算包的分值并完成颈椎健康状态的实时评分.通过包的分值预测准确率计算、示例可视化显示与分析、包得分曲线显示与分析和实时分值评分分析这些定性和定量实验,说明了该算法评估用户颈椎健康的有效性. 展开更多
关键词 多示例学习 多值输入 包得分机制 颈椎健康评分
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