[发明专利]用于保持图像中对象的感知恒定性的方法

说明书

一种修改表示3D场景的2D图像以便保持所述场景中对象的感知恒定性的方法，所述方法包括以下步骤：处理3D场景的图像以生成所述3D场景和所述场景内的一个或多个3D对象的未修改视图；从所述3D场景内选择一个或多个对象；确定所述一个或多个对象的修改视图；将所述一个或多个对象的修改视图与所述一个或多个对象的未修改视图进行比较；在所述一个或多个对象的未修改视图和修改视图之间插值一个或多个阶段；针对所述一个或多个对象选择插值；用所选择的插值后的一个或多个对象生成新的3D场景；以及将所述新的3D场景投影并渲染成2D图像到显示器上。

技术领域

本发明涉及保持3D场景的2D图像中对象的感知恒定性的方法。更具体地，该方法使得由标准几何投影引起的变形最小化，从而改善了3D场景的图像的可识别性或外观。

背景技术

计算机图形系统被广泛用于生成或处理表示真实或虚构空间的3D图像和动画。这样的系统通常利用图形流水线将场景的3D模型转换为在显示器上渲染的图像。该流水线包括一系列计算过程，这些计算过程可以对3D模型中的空间坐标进行数学转换，以便它们被渲染为显示器上的不同位置处的像素，将照明、阴影和纹理信息应用于场景中的对象，将成像效果应用于场景的区域，以及管理来自诸如鼠标、手柄或行为传感器(如头部或眼部跟踪器)之类的控制设备的用户输入。

传统的计算机图形流水线使用线性透视图的几何形状以将3D坐标投影到图像平面。通常，控制此投影的方程作为软件中的函数或被编码到图形处理器单元中的计算机硬件，而被集成到图形流水线中。可以使用其它形式的投影以将3D数据映射到图像平面，诸如鱼眼或圆柱投影，但是它们相对较少地被用于专门的应用。

将3D坐标投影到图像平面时，使用3D坐标建模的对象必须被展平到二维。这意味着被投影到2D图像显示器上的场景中的对象将被显示器的观看者看作为平面图像，而不是像在现实世界中看到的情况那样的立体3D对象。人们非常习惯于在图形、照片、电影及其它此类媒体中将3D对象视为2D投影。当3D对象相对于视线倾斜地呈现并因此以高度失真的形式投影在眼睛的视网膜上时，我们能够在平面图像中快速识别3D对象。

当观看3D对象的失真图像时，通过将图像与我们已通过生活经验积累的所存储的类似对象(我们通常会从多个角度来观察)的记忆进行比较，我们能够识别对象。从这些积累的视图中，我们获得了“感知恒定性”的印象，这意味着即使当从很远处或以异常角度观看对象时，我们也知道其理想的尺寸和形状。作为示例，太阳看起来是遥远的大的对象；即使盘被视为被椭圆形，盘也会以圆形物体的形式显现。作为视觉感知的一般原理，感知系统会尝试将对象呈现给我们的任何视图与从记忆和经验得到的理想视图相匹配。然而，对象显现的失真或非典型性程度越高，就越需要更多的认知处理努力和时间来识别它，并在智力上弥补明显的失真。

在大多数计算机图形流水线中用作标准的线性透视投影中，当使用广角视图或特殊投影来显示场景时，3D对象通常以失真的形式呈现。例如，如果使用60°的广角视野来水平地呈现场景，则在场景的边缘处显示的对象将看起来被水平地拉伸，这归因于当对象远离图像的中心移动时，线性透视投影会扩大从小孔(虚拟的或真实的)投射的发散光路的角度这一事实。如果使用曲线投影(诸如鱼眼镜头类型的投影)，则由于该投影固有的几何形状，对象可能看起来具有过度的曲率，或者在场景中可能看起来不自然地变大或变小。

本发明所要解决的问题是这样的事实：在3D场景的计算机图形化图像或计算机处理的图像中，对象经常看起来不自然地失真、放大或缩小，并且这可能不利地影响观看者对图像的体验，使得图像难以解释，使得图像在美学上缺乏吸引力、或者看起来较为不舒服。这些失真是用于将3D坐标转换为2D图像的投影几何的必然结果，该投影几何几乎在所有情况下都将光路限制为从单个小孔发散且投射到平面的直线。