基於圓柱體鏡子和光線跟蹤實現鏡反射觀測全景觀圖的matlab模擬模擬

软件算法开发發表於2024-11-20
反射Matlab

1.程式功能描述
基於圓柱體鏡子和光線跟蹤實現鏡反射觀測全景觀圖.模擬的場景如下所示：

2.測試軟體版本以及執行結果展示
MATLAB2022a版本執行



3.核心程式

%% step1
for i = 1:mm
    x_new(i) = i-round(mm/2);     
end
for i = 1:nn
    y_new(i) = i-round(nn/2);     
end
for i=1:mm
    for j=1:nn
    [x1s(i,j),y1s(i,j)]=func_x1y1(x_new(i),y_new(j),alf,h,d,mm,nn);    
    end
end
 
X_maxer = abs(min(min(x1s)))+1;
Y_maxer = abs(min(min(y1s)))+1;
 
x1 = x1s + X_maxer;
y1 = y1s + Y_maxer;
 
 
for i=1:mm-1
    for j=1:nn-1
    image1(x1(i,j):x1(i,j+1),y1(i,j):y1(i,j+1)    ,1) = img0(i,j,1);
    image1(x1(i,j):x1(i,j+1),y1(i,j):y1(i,j+1)    ,2) = img0(i,j,2);
    image1(x1(i,j):x1(i,j+1),y1(i,j):y1(i,j+1)    ,3) = img0(i,j,3);
   
    image2(x1(i,j):x1(i+1,j),y1(i,j):y1(i+1,j)    ,1) = img0(i,j,1);
    image2(x1(i,j):x1(i+1,j),y1(i,j):y1(i+1,j)    ,2) = img0(i,j,2);
    image2(x1(i,j):x1(i+1,j),y1(i,j):y1(i+1,j)    ,3) = img0(i,j,3);
    
    image3(x1(i,j):x1(i+1,j+1),y1(i,j):y1(i+1,j+1),1) = img0(i,j,1);
    image3(x1(i,j):x1(i+1,j+1),y1(i,j):y1(i+1,j+1),2) = img0(i,j,2);
    image3(x1(i,j):x1(i+1,j+1),y1(i,j):y1(i+1,j+1),3) = img0(i,j,3);
    
    
    end
end
 
 
%% step2
x1s2 = x1s/abs(max(max(x1s)));
y1s2 = y1s/abs(max(max(y1s)));
 
for i=1:mm
    for j=1:nn
    [x2(i,j),y2(i,j)] = func_x2y2(x1s2(i,j),y1s2(i,j),d);
    end
end
 
x2    = round(x2*500);
y2    = round(y2*500);
X_max = abs(min(min(x2)))+1;
Y_max = abs(min(min(y2)))+1;
 
for i=1:mm
   for j=1:nn
   y3(i,j) = y2(i,j) + Y_max; 
   x3(i,j) = x2(i,j) + X_max; 
   end
end 
 
%影像的合併
images01 = func_view(img0,mm,nn,x3,y3);
subplot(122)
imshow(images01);
24_001m

　　


4.本演算法原理
基於圓柱體鏡子和光線跟蹤技術實現鏡反射觀測全景觀圖，涉及幾何光學、計算機圖形學以及數值計算等多個領域的知識。該方法利用圓柱鏡面的反射特性，透過模擬光線在場景與鏡子之間的互動，構建出一種獨特的全景視角。

圓柱體鏡子：圓柱鏡是一種具有特定曲率半徑的圓柱形反射表面。其反射特性遵循鏡面反射定律，即入射光線、反射光線與法線（垂直於鏡面的直線）均位於同一平面內，且入射角等於反射角。

光線跟蹤：光線跟蹤是一種計算機圖形學中的渲染技術，它模擬光在虛擬場景中的傳播路徑，透過追蹤從觀察者出發（或反向從光源出發）的光線，計算其與場景物體的交點及對應的光照資訊，以合成逼真的影像。

全景圖：全景圖是一種能夠展現360°視野範圍內場景資訊的影像。在圓柱鏡反射觀測全景觀圖中，透過合理佈置光源和圓柱鏡，使得場景中的所有可見部分都能被反射到鏡面上，再透過光線跟蹤合成出全景檢視。

光線與圓柱鏡面的交點計算：
給定一條光線 L(t)=O+tD，其中 O 是光線起點，D 是單位方向向量，t 是沿光線的引數。要確定光線與圓柱鏡面x2+y2=r2 的交點，需解下列方程組：

反射光線計算：

全景圖座標轉換：
將反射光線交點處的場景顏色資訊對映到圓柱鏡面的全景圖上，需要進行座標轉換。假設全景圖的座標為u,v)，則：

其中，h 是圓柱鏡的高度。將 (u,v) 對映到全景圖對應畫素位置，並儲存該位置的顏色值。

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