● 摘要
面向基于图像绘制（Image-based Rendering, IBR）的协同可视化（IBR-Oriented CollaborativeVisualization，IOCV）技术是将IBR技术作为可视化绘制任务底层支撑技术，并结合协同可视化技术以支持多用户多任务分布式工作的一类可视化技术。本论文研究面向IBR的协同可视化关键技术，内容涉及对多项IBR基础技术和应用技术，如图像特征检测、图像匹配、图像拼接、虚拟图像漫游等的研究；将IBR技术与协同可视化技术相结合，进一步研究面向IBR的深度共享式可视化工作模型及相应的支持IOCV的系统框架；及原型系统的开发与实验验证等。取得的主要创新性成果包括： 1．提出了一套基于灰度差统计的图像特征检测算法。它包括图像边缘检测算法和图像角点检测算法两个部分。通过全图灰度差统计，边缘检测算法可以降低检测过程对噪声的敏感程度，并且不需要进行边缘方向估计，有效的避免了一条真实边缘对应多条边缘检测结果的情况。角点检测算法以全图灰度差统计结果作为出发点，采用的灰度脊跟踪算法和累积角度判别原则不仅能提供角点的准确位置，还能确定各角点的开张角度和方向。实验证明这两套算法应用在大部分真实图像的特征检测效果优异，同时运行速度能满足大部分特征检测应用的需要。2．提出了一套自适应柱状全景图拼接算法。该算法采用了多种图像匹配方法结合、自适应选择的思路，其核心包含一套面向角度一维灰度投影的图像模板匹配算法。面向角度一维灰度投影的图像模板匹配算法解决了匹配图像发生旋转和受噪声影响所带来的误匹配问题。在它基础上实现的自适应柱状全景图拼接算法不仅在图像水平方向上实现了精确的匹配定位，还能确保垂直方向上的错位检测，同时可以根据自相关指数进行自适应结果选取。实验证明该算法在真实图像上的可行且能满足较高的实时性、精度和鲁棒性。3．提出了一种基于柱状全景图的虚拟漫游算法。该算法的核心是基于固定点柱状全景图之间的空间关系并通过图像拼接技术和图像混合技术生成任意视点下图像，满足平滑的交互式虚拟漫游需求。它可以降低以往基于全景图的平滑跳跃式虚拟漫游算法对大图像容量的依赖，同时避免复杂的计算。实验证明该漫游算法可以满足虚拟漫游的实时性要求，同时具有规模扩展性。4．提出了面向IBR技术的协同可视化工作模型。它建立在对典型可视化工作模型以及当前采用该模型进行的可视化工作向协同方向上扩展的研究基础上，同时提炼作为可视化底层支撑手段之一的IBR技术主要的应用原理和特点。该模型的是在面向IBR技术的可视化工作模型基础上进行了协同扩展，分析了它的多种应用模式，最终为支持IOCV的系统框架设计提供指导。5．提出了支持IOCV的体系结构和系统框架并开发了一个系统原型。它借鉴了已有协同可视化系统的层次化设计，并参考面向IBR技术的协同可视化工作模型及其基于服务的应用模式。该系统框架吸取了面向服务架构的思想，采用面向图像控制参数、结果共享、工具协同等多层次深度协同方式，基于脚本解释和令牌传递机制，支持灵活的面向IBR技术的研究、开发和应用系统的搭建。该系统原型在“仿真网格”项目中得到一定验证。