虚拟现实技术研究背景目的意义与国内外现状
TOC \o "1-3" \n \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc293405261" 1 研究背景、目的与意义
HYPERLINK \l "_Toc293405262" 2国内外研究现状
HYPERLINK \l "_Toc293405263" 2.1图像配准现状
HYPERLINK \l "_Toc293405264" 2.2图像融合现状
1 研究背景、目的与意义
在实际的科研和工程中，经常会用到超过人眼视角的高分辨率图像，而普通相机的视角往往不能满足需要，而专业相机价格又比较昂贵。例如由于距离的限制。某些超大尺寸的物体无法用一张照片拍摄下来，这在航空航天照片的拍摄中尤显得明显。20世界90年代初，出现了虚拟现实技术VR, VR是 Virtual Reality 的缩写。近几年来，虚拟现实技术成为计算机技术领域中最为热门的科研课题之一，相应技术的发展也相当迅速。
虚拟现实是一种人与通过计算机生成的虚拟环境之间可自然交互的人机界面，其应用开发前景非常广阔，市场潜力不可估量。目前，它在航空航天、机械设计、科学计算、影视娱乐、化学医药和军事训练等诸多领域得到了初步的应用，而且很多应用是其他技术所无法替代的。
虚拟现实生成的关键在于虚拟场景建模—虚拟世界的构造。虚拟现实要求具有沉浸感，因此对逼真的虚拟环境的建立的要求越来越高。围绕虚拟场景建模问题的解决方式主要有两种:一种是基于计算机图形学的三维几何模型建模和绘制(Geometry-Based Modeling and Rendering, GBMR)技术，一种是基于图像的建模和绘制(Image-Based Modeling and Rendering, IBMR)技术。
GBMR场景构造法通常是建立场景的三维几何模型，然后对场景中的光照、物体的材料、表面的纹理等特征进行描述，当视点在场景中移动的时候，通过光强的计算和消隐等技术来生成视点观察到的图像。该方法一般用在基于高性能图形工作站的系统中。但是该方法需要进行大量的计算，对系统硬件的计算能力和图形加速性能都有很高的要求，而且，计算机图形的生成与显示时间依赖于图形的复杂度，这与虚拟现实的实时要求相矛盾。
IBMR场景构造法是近几年才发展起来的，该建模方式是在一定的图像处理算法和视觉计算算法的基础上，由待建三维虚拟空间的有限幅图像样本来直接构造三维场景，即以环境中抽样出的离散图像组成基础数据，通过处理与组织这些图像数据得到环境的连续描述过程。IBMR技术摒弃传统的三维建模生成虚拟场景的方法，通过对一组预先采集到的场景图像进行适当组合来完成虚拟场景的图像绘制工作。它具有真实场景的绘制质量，而且算法复杂度与场景复杂度无关，只与图像的分辨率有关，避免了大量图形计算，逐渐成为研究的主流。
IBMR的主要特点是它的绘制和场景复杂度无关。场景图像拼合技术就是这样一种场景编码方法，它被大多数IBMR方法用来建立高分辨率的复杂场景，例如柱面和球面全景图、环境映照等等。这种方法利用预先获取的一组图像样本实现虚拟场景的360°任意漫游。根据这些方法的特点，IBMR可以分为四类:视点插值、全视空间函数构造方法、全景图像拼合方法和深度映射恢复方法。其中全景图像拼合是利用照相机平移或旋转得到的部分重叠图像样本生成一个较大的甚至左右对接的全方位图像的场景绘制方法，它成为IBMR绘制方法中的一项基本技术。
在基于全景图像拼接方法的虚拟现实系统中，虚拟场景按以下步骤生成：首先利用采集到的离散图像或连续图像序列作为基础数据，经过处理形成全景图像，然后通过合适的空间模型把多幅全景图像组织为虚拟全景空间。用户在这个空间中可以进行前进、后退、360°环视、仰视、俯视、近看和远看等操作。虚拟全景空间具有如下优点:
(1)不需要硬件加速就能在PC机上实时运行;
(2)不依赖于特殊的设备，如头盔显示器等;
(3)能显示高质量图像，而且处理时间与场景复杂度无关。
由此可见，在IBMR绘制方法中，全景图像的拼合是较有代表性的一项基本技术，目前广泛地应用于虚拟现实和计算机视觉等多个领域，关于它的研究对于整个IBMR技术有普遍意义。
但是总的来说，目前的虚拟现实技术还很不成熟。尽管近年来在各界的关注下，该技术已经取得了长足的发展，但是由于其发展时间有限，技术难度高，因此当前的发展状况距离各行各业的实际需求仍然相差甚远。虚拟现实技术要得到充分的应用还有很多工作需要完成。
2国内外研究现状
全景图像的拼接是指利用照相机平移或旋转得到的部分重叠的图像样本，生
成一个较大的甚至360度的全方位图像的场景绘制方法。换句话说，就是给定某个真实场景的一组局部图像集，然后对这一组图像集进行拼接，生成包含这组局部图像的新视图。
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