增强现实是虚拟现实领域的一个前沿研究分支,是通过三维图形技术和视觉跟踪技术,将虚拟物体与现实景象相结合,使得三维虚拟图形与现实的周围环境从视觉上完美地融合在一起,来达到增强现实环境和人机交互的效果。随着计算机科技的飞速发展和计算机处理图像技术的突飞猛进,具有虚实结合和实时交互的增强现实技术在文物保护、文化娱乐、电影制作和工业设计等领域提出了越来越多新的要求。其中,重光照指的是使用真实世界的光照环境对虚拟物体进行光影上合成的过程,作为增强现实的重要因素,如何逼真地体现出环境对目标物体的光照影响,逐渐成为近年来热门的研究领域。本文主要着眼于基于图像的重光照技术,此类方法相对于传统的几何建模方法,无需美工对真实物体的精细建模和光照设计就能真实有效地模拟出物体在新的光照条件下的成像,大大降低了场景构建的复杂度和渲染时间,并且具有更高的场景真实感,从而给用户以身临其境的体验。现有的方法主要有两类:一类是利用经验光照明模型和场景的几何模型恢复物体材料的光照属性,在根据这些属性生成新的光照条件或新视点下的成像。这类方法允许用户在场景中漫游并与之进行交互操作,但缺点就是需要知道场景的完整几何信息和环境光照,且因为全局光照计算过大而很难达到实时。另一类方法基于场景中不同视点和光照方向的采样图像,选取合适的基函数对采样图像进行插值拟合等处理,获得以视点和光照方向为变量的重光照函数。函数包括了间接光照和环境光照的效果,且在重光照计算时速度较快。缺点就是由于此类方法需要对视点和光照方向构成的高维空间进行密集采样,数据量较大。本文研究并实现了基于基函数和图像建模的重光照技术,在得到静态场景的重光照结果的同时还可以变化视角观察目标物体在新的环境光照下的成像。论文主要论及以下几方面工作:首先对基于图像的建模和渲染的当前研究与发展进行完整的总结和具体优劣的阐述;然后针对项目具体的需求和问题确定图像采样装置的设计,从而能够方便地采集真实环境中目标物体各个角度的样本图像;随后分别从利用基函数和图像建模两个方向对重光照技术进行探讨,利用基函数计算快捷结果精确的优点获得静态场景下的重光照结果,再结合图像建模方法得到物体在一定视角范围下几何模型,结合两者的结果实现视角变换下的重光照。由于使用了图像建模的方法,并在图像采样过程中利用了镜面反射的特性实现并行采样,因此避免了对视点和光照方向构成的高维空间进行密集采样。实验结果表明,在本文提出的模型框架下能够达到快速采集样本图像和实时高效地完成重光照渲染,并可以在一定范围内改变观察视角。本文的实验结果也提供了简单的应用重光照技术的增强现实例子。