题目：基于图像的三维火焰层析重建技术研究

基于图像的三维火焰重建技术从真实火焰的图像序列出发，计算出火焰体的三维模型，能够得到符合原始数据的三维火焰表示，在火灾模拟、影视特效、工业控制等领域有着重要的应用价值，国内外很多机构对此开展了长期研究。 三维火焰的层析重建将火焰抽象为密度空间变化的烟尘体模型，发光粒子通过辐射传输在感光芯片成像，从而把问题转化为计算机层析问题。论文基于层析重建理论，搭建真实火焰的数据获取平台，完成火焰数据的预处理，设计实现基于线性光学火焰模型的火焰密度场层析重建与渲染，主要工作包括： 1. 搭建真实火焰的数据获取平台，设计火焰数据的预处理方法，使得到的序列满足火焰的线性光学模型。真实火焰的数据获取平台包括了多个彩色工业相机以及辅助定位装置，可以对小型火焰从不同视角进行同步采集。由于真实世界中的火焰图像存在吸收、散射以及相机过曝等因素干扰，基于外极线约束对多视图进行像素均值处理，使处理后的数据符合理论假设。 2. 设计实现基于计算机层析的三维火焰密度场重建。获得预处理的图像后，根据多伦多大学 Hasinoff提出的的两个视角的火焰片构造算法求解了火焰密度场，在此基础上，我们将该算法扩展到多视角，实现火焰片的基生成算法，设计火焰片的基优化选取和组合算法，重建出符合图像一致性的三维密度场。 3. 在求解到的火焰密度场数据的基础上，实现三维火焰的真实感渲染。在光线投射算法的基础上，将颜色三通道分开处理，实现火焰密度场的直接体渲染。为了消除数据预处理带来的噪声，对渲染结果进行重采样，使渲染效果得到提高。 在上述工作的基础上，设计实现一个基于图像的三维火焰数据获取与模拟系统，包括真实火焰数据获取、预处理、三维火焰密度场重建以及渲染等过程。实验数据表明，三维火焰的渲染结果与真实火焰图像的平均准确度达到 85%以上，虚拟视角的模拟结果与对应视角的真实图像在效果上保持一致，具有较高的可信度。