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视觉真实感绘制是通过对人眼进行光学建模,以人眼模型为成像模型,对人眼的多种成像特性和视觉缺陷进行模拟成像的技术。它能够绘制反映人眼球面像差、近视和远视等视觉特性的图像,在医学图像可视化,视力矫正等视医学手术,以及虚拟现实,仿真等众多领域中都有广泛的应用。现有的国内外研究中往往只关注人眼特性的一个方面,用简单的针孔或薄透镜模型对人眼进行建模,这些模型过于简略,生成的图像不能反映人眼的整体成像特性。
本文针对这个问题,将人眼光学建模领域的示意眼模型引入到基于物理的真实感渲染领域,提出了基于人眼示意眼模型的视觉真实感绘制方法。将示意眼模型转换为成像模型,根据模型中角膜和晶状体面的形状对序列光线追踪方法进行扩展,结合场景内的全局光线追踪算法,生成能够反映人眼成像特性的高真实感图像。本文采用多个示意眼模型进行成像,根据成像效果对模型的成像质量进行了对比和评估。为了实现对人眼近视成像的模拟,很多研究中将人眼视为一个薄透镜,用数学公式来反推近视眼的屈光度和折射率等参数,生成的图像虽然会产生模糊,但是忽略了其他的视觉特性,效果不够理想。针对这个问题,本文将示意眼模型同自适应调节模型相结合,调节模型中代表角膜和晶状体的透镜面在不同近视程度下的参数,改变人眼的总屈光度,精确模拟了人眼在不同近视程度下的成像。采用不同的自适应调节模型,模拟了远视眼的视觉图像。不仅如此,在对人眼散光原理进行研究的基础上,用圆环面代替示意眼模型的角膜前表面,生成了具有规则散光效果的图像。最后结合示意眼模型和眼镜面模型,绘制出模拟人眼近视矫正效果的图像。