● 摘要
光场数据驱动的虚拟场景光照效果合成是光场分析、虚拟现实、增强现实、计算机视觉、计算摄像学、视频处理等研究领域及其交叉方向的前沿热点。如何通过变光照多视角光场数据，合成新视角、新光照条件下虚拟场景的步行运动人体光影效果，是该研究方向的难点问题。本论文深入调研分析了相关国内外的研究现状及其发展趋势，重点开展了场景光照信息的分析与表示、光场数据驱动的运动人体多视角光影合成等方面的研究和开发。主要包括以下研发工作：
1）针对计算机生成的变光照多视角光场数据，给出并实现了一种模拟光场数据驱动的步行运动虚拟人体多视角光影合成方法。该方法首先利用三维建模及其运动模拟的软件工具，在计算机模拟的变光照条件下，获取和分析虚拟人体的多视角模拟光场数据，并构造出步行运动虚拟人体的变光照多视角模拟光场基本单元；然后将摄像机获取的真实视频场景的光照信息，分解于模拟光场基本单元构成的维度空间，根据分解权重进行模拟光场基本单元的线性组合，合成具有近似于真实场景光照效果的虚拟人体步行运动视频；类似地，根据用户选定的视角参数，合成邻近用户视角、近似于真实场景光照的四个步行运动视频，并将这四个视频合成为一个近似于真实场景光照的虚拟人体步行运动视频；最后由用户指定虚拟人体在场景中的插入点与视角，生成阴影，实现该虚拟人体步行运动视频与真实视频场景的融合。
2）针对摄像机获取的变光照多视角光场数据，提出并实现了一种视频光场数据驱动的步行运动真实人体的多视角光影合成方法。该方法首先针对上述类似的变光照多视角真实光场基本单元，根据用户给定的真实视频场景的光照信息，通过k-means聚类算法，确定三类基本单元集合及其相应的光场数据采集方案，获取步行运动真实人体的变光照多视角光场数据；然后将给定的场景光照信息，分解于基本单元集合构成的维度空间，将基本单元集合的视频内容进行动作对齐处理，根据分解权重进行基本单元集合的线性组合，合成类似于给定场景光照效果的真实人体步行运动视频；类似地，根据用户选定的视角参数，合成邻近用户视角、类似于真实场景光照的两个步行运动视频，并将这两个视频合成为一个类似于真实场景光照的真实人体步行运动视频；最后由用户指定虚拟人体在场景中的插入点与视角，生成阴影，实现该真实人体步行运动视频与用户给定真实视频场景的融合。
实验结果验证了上述两种方法及其工具的有效性。论文提出的步行运动真实人体视频的多视角光影合成方法及其工具，为定制化的变光照光场数据便捷采集与运动对象多视角光影快速合成提供了技术支撑，具有一定的实用性。