三维点采样数据高性能渲染方法

摘要

本发明提供一种三维点采样数据高性能渲染方法，包括下述步骤：通过构建3D采样点最近邻域集的局部隐式曲面并结合微分几何理论，估算其法向信息；通过协方差分析邻域点集，确定3D采样点在其切平面上的椭圆表示；利用具有良好反走样效果的椭圆加权滤波对3D采样点数据进行绘制，以获得高质量的数据渲染效果；依据采样点在当前视角下深度值得到的排序，设计三维点采样数据的单遍绘制算法，以加快渲染速度。采用本方法可对3D点采样数据进行高性能即快速且高质量的渲染。

主权项

1.一种三维点采样数据高性能渲染方法，其特征在于，所述渲染方法包括下述步骤：(1)构建采样点最近邻域集的隐式曲面，基于此估算法向；采样点的法向是通过计算隐式曲面的梯度得到，具体是：(a)利用kD树快速搜索采样点的k最近邻域N_k(p_i)，依据三维点采样数据的规模n取k∈[9,30]；(b)基于径向基函数RBF，并采用法矢约束的方式加入约束点，在ｋ最近邻域N_k(p_i)上重构采样点p_i的隐式曲面；(c)计算采样点p_i的隐式曲面在采样点p_i处的梯度得其法向n_i，并采用最小生成树传播法对n_i进行全局一致化处理；(2)协方差分析邻域点集，确定采样点在其切平面上的椭圆表示；具体如下：k最近邻域N_k(p_i)的协方差矩阵为$C={\left[\begin{array}{c}{p}_{i_1}-\bar{p}\\ ···\\ p_{i_k}-\bar{p}\end{array}\right]}^T·\left[\begin{array}{c}{p}_{i_1}-\bar{p}\\ ···\\ p_{i_k}-\bar{p}\end{array}\right],$其中为N_k(p_i)的质心，矩阵C是对称半正定的，其三个特征值λ₀、λ₁和λ₂为非负实值设0≤λ₀≤λ₁≤λ₂，所对应的三个特征向量v₀、v₁和v₂组成一个正交基；平面视为N_k(p_i)的切平面，v₀作为局部曲面在p_i点的近似法向n_i；在局部标架中，N_k(p_i)的最佳包围体椭圆球为：因此，在p_i切平面上的局部二维标架(p_i,v₂,v₁)中，p_i的椭圆表示为：其中f为缩放因子；(3)利用椭圆加权滤波，绘制采样点；(4)按照采样点在当前视角下深度值进行的动态排序，设计三维点采样数据从远到近的单遍绘制方法；首先，根据采样点的x、y和z坐标由小到大排序得到3组顺序表；然后，根据当前视点判定绘制时所用的顺序表，以避免每次绘制的排序问题，加快了绘制速度；对于不可见采样点的剔除，利用八叉树来加速不可见采样点的剔除过程：遍历八叉树，当结点的包围球投影在屏幕之外或结点的法锥面完全背向于视点，则剔除该结点所包含的采样点；同时，该三维点采样数据的渲染方法遵循从后往前的绘制原则，故直接用开放性图形库OpenGL绘制可得到透明的数据绘制效果。