[发明专利]虚拟3D环境中的视点选择

说明书

技术领域

本发明涉及对计算机生成的虚拟环境的辅助探索，特别是涉及在考虑到遮挡对象的存在时的最佳视点的选择。

背景技术

体积数据集(volumetric datasets)存在于许多领域，例如工程学，材料科学，医学成像，天体物理学。体积数据集的探索绝非无足轻重，并且在很大程度上受到用户的特殊需求的影响。例如，在大多数机场中，安检人员在行李检查的情况下应对像这样的数据探索。X射线和断层摄影是两种常用的荧光透视扫描系统。X射线系统提供展平的2D行李扫描，而断层摄影系统产生横断扫描，也称为切片。归功于诸如Radon变换的数据处理技术，这些系统可以产生完整的3D扫描，包括具有相应密度数据的一组体素(voxel)。由于作为结果的X射线扫描图像仅包含体素或像素密度，因此其不能显示原始材料颜色。标准颜色视觉映射使用三种不同的颜色(橙色，绿色和蓝色)来显示数据密度。橙色对应于低密度(主要是有机物)。相反，蓝色用于高密度值(即金属)。在X射线系统的情况下，绿色对应于不同种类的材料或平均密度材料的叠加。

图1展示了在扫描中物品可能被遮挡的一些方式。如图1所示，所显示的2D扫描图像可能遭受四个问题：

叠加：威胁物(例如违禁物，如匕首、刀具...)可能被掩蔽在致密(dense)的材料后面。有时，使用高穿透性(增强的X射线功率)或图像处理(对比度增进)等功能，可以看穿该盲式盾构(blind shield)。如图1所示，在右上角中的伞和致密的物体集合101可能会遮挡感兴趣的物品。

位置：取决于威胁物在行李内的位置，其可能很难被检测到。位于角落、边缘内或在行李构架内部的对象很难识别。如图1所示，箱体102的可缩回的拉杆和刚性拐角可能遮挡感兴趣的物品。

分离：另一种掩饰威胁物的方式是将其分开且将其部件散布在行李中(武器或炸药由多个分开的物件构成，比如扳机、枪管…)。该分离可以与其它掩饰技术相结合。如图1所示。呈现不太可能吸引特别注意的多个在表观上莫可名状的物件103，但是它们可以被组装而形成某种感兴趣的物品。

引诱物：用心不良的个人会使用引诱物来隐藏真实的威胁。例如，比如小剪刀的小威胁物会是明显可见的并且抓住安检人员的注意力，而更重要的威胁物则被隐藏。如图1所示，金属棒104会吸引用户的注意，而使他们对某些不太明显可见的威胁物放松注意。

利用直接体积渲染技术的体积数据探索在如下许多科学领域中对于在视觉上提取相关结构有极大的帮助：医学成像、天文物理学，以及更近期地在行李安检中。为利用该知识提取，已经开发了许多技术。在本领域中已知多种现有的基础技术，包括体积可视化、传递函数、直接体素操纵和聚焦加上下文交互。

特别地，体积可视化可以利用几何渲染系统来完成，几何渲染系统将数据变换成表示等面(iso-surface)的一组多边形。轮廓树算法和其它替代，比如分支分解，通常用于发现这些等面。轮廓树算法易受噪声影响，这在行李检查中是成问题的，因为致密材料比如钢由于反射X射线而产生噪声。

为了调查体积数据集，可以使用传递函数(TF)。实际上，传递函数利用具体的颜色(包括其透明度)来映射体素密度。传递函数可以是1维、2维或n维的，并且对隔离体积数据中的感兴趣结构具有极大帮助。归功于颜色混合过程，适当的传递函数也能够显现出等面或隐藏密度，以改善体积数据可视化。

在环境(比如结合图1所描述的)中出现的具体难题是，用户对特定的感兴趣物品的视图通常被多个其它非感兴趣物体遮挡。虽然在常规系统中，用户不得不手动地对确定他的视点的虚拟相机进行重新定位以试图看穿这些障碍物，但期望提供一种具有减少的对用户交互的需要的、用于确定可接受的视点的机制。

发明内容

根据第一方面，提供了一种在包括被定义为多个体素的多个虚拟对象的3D计算机生成环境中定位虚拟相机的方法，这样的定位提供所述对象中的选定对象的具有来自其他所述对象的最小遮挡的视图。该方法包括以下步骤：

相对于所述选定对象内的参考点针对多个预定义虚拟相机位置中的每一个计算总遮挡值，其中，每个所述总遮挡值是通过计算从每个所述虚拟相机位置到所述参考点的相应路径以及识别沿着所述路径的每个体素来确定的，

通过将所述体素的密度乘以为相应密度定义的传递函数值，来计算沿着每个所述相应路径的每个体素的遮挡值，

对针对相应的预定义虚拟相机位置计算的、对于沿着每个所述相应路径的所有体素所确定的遮挡值求和，以获得总路径遮挡值，

选择与具有最小总路径遮挡值的路径相对应的预定义虚拟相机位置，以及