Park 3D

Mohammad Reza Khosravi

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2009 年 3 月 1 日

CPOL

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这个简单的应用程序基于立体计算，模拟了一个包含不同深度和大小物体的3D环境。

引言

我们的大脑是一个非常聪明的器官；它能做一些我们甚至不知道它是如何做到的事情。它能捕捉到我们双眼所拍摄的两幅图像之间的微小差异，并识别出物体的深度和距离。

在这个应用程序中，我使用了我们大脑所做的方法，通过创造一个不真实的3D环境来“欺骗”它。

背景

在我之前的文章（立体视觉）中，我试图解释立体系统背后的一些逻辑，以及如何通过在成对图像中水平移动物体来创建一个3D环境。现在我希望展示如何仅通过倾斜一个2D对象来创造它的3D想象。在这部分中，地面是通过倾斜一张简单的图像形成的，从而创造出美丽的景观。

我必须先解释一些事情。在成对的图像中，当物体在相同的位置时，我们看到它们位于场景的基准面上。实际上，这个基准面相当于现实世界中的无限远处。当我们在其中一张图像中水平改变物体的位置时，我们的大脑会将其感知为与基准面有不同的深度。例如，在平行观看模式下，将左侧图像中的物体向右移动，会使它们看起来离我们更近，移动得越多，它们就显得越近。这里有一个问题。在现实世界中，无限远位于所有其他物体之后，但在这里，我们可以让物体出现在无限远的后面！只需将左侧图像中的一个物体向左移动（而不是向右）；你就会看到它在基准面的后面。你完成了一项不可能完成的任务！

鱼在无限远的后面！（平行模式）

倾斜是如何工作的？

当我们在一个图像中改变物体的位置时，它们的深度就会不同。但如果我们对一个物体的不同部分进行改变，会发生什么呢？

思考下图中的箭头

自然地，我们会看到它处于不同的深度，从远到近。箭头某些部分之间的差异量如下图所示

下图显示了在一个表面上进行的倾斜操作，就像我在此应用程序中对地面所做的那样。

我们需要3个点的位置来倾斜一个形状：左上角、右上角和左下角的点。

左上角和右上角的点与未倾斜的形状相同。左下角点的X轴值必须减去倾斜量。

Point[] skewPoints = {
    new Point(0, 0 ),  			// upper-left point
    new Point(ground.Width, 0),  		// upper-right point
    new Point(-skewAmount, ground.Height)  	// lower-left point
    };

当我们倾斜形状时，右下角会出现一个空白区域，所以我们需要给形状的宽度增加一些值来在场景中隐藏它。这个值等于倾斜量。

倾斜量是通过将地面的高度除以高度值（myGroundHeight/myAltitude）计算得出的，并且必须加到倾斜和未倾斜形状的宽度上。代码如下

Point[] skewPoints = {
    new Point(0, myBackHeight ),  			// upper-left point
    new Point((int)(picLeft3D.Width+(myGroundHeight /myAltitude)),
				myBackHeight),  	// upper-right point
    new Point((int)(-myGroundHeight /myAltitude ),
				picLeft3D.Height)	// lower-left point
    };

   gRight.DrawImage(picGround.BackgroundImage, skewPoints);

   gLeft.DrawImage(picGround.BackgroundImage, new Rectangle
		(0, myBackHeight, (int)(picLeft3D.Width + myGroundHeight /
myAltitude ), myGroundHeight), new Rectangle(0, 0,
	picGround.BackgroundImage.Width, picGround.BackgroundImage.Height),
 GraphicsUnit.Pixel);

有两个控件用于选择合适的地面（视角）和高度（海拔）量。

Using the Code

算法大致如下面的流程图所示

首先，我从内部资源或硬盘中收集所有物体的图像（树、鸟、花……）并放入相应的列表中。

private List<Image> picsBack=new List<Image> ();
private List<Image> picsGround=new List<Image>() ;
private List<Image> picsBirds=new List<Image>() ;
private List<Image> picsTrees=new List<Image>() ;
private List<Image> picsAnimals=new List<Image>() ;
private List<Image> picsFlowers=new List<Image>() ;

.
.
.

private void loadPictures()
    // add some pictures from internal resources
    picsGround.Add(Properties.Resources.ground1);
    picsBirds.Add(Properties.Resources.Bird_03_june);
    picsFlowers.Add(Properties.Resources.sweetpea2);
.
.
.
     //load some pictures from Hard disk (different sub directories)
    loadFromHard("Ground", picsGround, null);
    loadFromHard("Back", picsBack, null);
    loadFromHard("Birds", picsBirds, null);
    loadFromHard("Trees", picsTrees, null);
    loadFromHard("Animals", picsAnimals, null);
    loadFromHard("Flowers", picsFlowers , null);

}

private void loadFromHard(string myDir, List<Image> myPicList, List<Image> myPicList2)
{
    DirectoryInfo myFileDir = new DirectoryInfo(Application.StartupPath + "\\" + myDir);
    if (myFileDir.Exists)
    {
        // For each image extension (.jpg, .bmp, etc.)
        foreach (string imageType in imageTypes)
        {
            // all graphic files in the directory
            foreach (FileInfo myFile in myFileDir.GetFiles(imageType))
            {
                // add image
                try
                {
                    Image image = Image.FromFile(myFile.FullName);
                    myPicList.Add(image);
                }
                catch (OutOfMemoryException)
                {
                    continue;
                }
            }
        }
    }
}

每次我们点击“运行”按钮时，都需要计算并保存物体的信息，所以我使用 myAllPicCollection 来完成这项工作。这个 List 是由一个类创建的，如下所示

private class picCollection
{
    internal Image myImage = null;
    internal Image myImage2 = null;
    internal float myX = 0;
    internal float myY = 0;
    internal float myScale = 0;
    internal float myDepth = 0;
}
private picCollection myPicInfo;
private List myAllPicCollection ;

现在，我们想要创建物体。下面的代码是用于创建动物的，与其他物体的创建过程类似。

首先，我从相应的集合中随机选择一个对象

myPicInfo = new picCollection();
myPicInfo.myImage = picsAnimals[myRandom.Next(picsAnimals.Count)];
myPicInfo.myImage2 = myPicInfo.myImage;

然后根据窗体上的 trbDepthAnimals 控件计算一个随机深度。

myPicInfo.myDepth = (int)(myRandom.NextDouble() * 
	((float)trbDepthAnimals.Value / (15 * myRandom.NextDouble())));

物体的大小取决于其深度、通用大小控件、物体类型大小控件、海拔高度及初始大小。

myPicInfo.myScale = (float)(myPicInfo.myDepth * Math.Pow(trbSizeAnimal.Value, 1.3) / 
	1000 * myGeneralSize / Math.Pow(myAltitude, .5) + myStartingSize/10);

X坐标是随机选择的，取决于屏幕的宽度。

myPicInfo.myX = (myRandom.Next((int)myPicInfo.myDepth, picLeft3D.Width - 
	(int)(myPicInfo.myImage.Width * myPicInfo.myScale) - 5) ) + 5;

但Y坐标取决于更多的因素。

myPicInfo.myY = (myBackHeight - myPicInfo.myImage.Height * 
	myPicInfo.myScale + myPicInfo.myDepth * myAltitude);
myAllPicCollection.Add(myPicInfo);

收集完所有信息后，我们准备绘制它们。首先，我们为左右图像定义2个位图，并绘制背景。

Bitmap leftBitmap = new Bitmap(picLeft3D.Width, picLeft3D.Height );
Graphics gLeft = Graphics.FromImage(leftBitmap);
gLeft.SmoothingMode = System.Drawing.Drawing2D.SmoothingMode.AntiAlias;

Bitmap rightBitmap = new Bitmap(picRight3D.Width, picRight3D.Height );
Graphics gRight = Graphics.FromImage(rightBitmap ); ;
gRight.SmoothingMode = System.Drawing.Drawing2D.SmoothingMode.AntiAlias;
.
.
.
float myGeneralSize = .05f * trbGeneralSize.Value;
float myViewAngle = .03f * (140 - trbViewAngle.Value);//(float)Math.Pow ((110-  
					// (float)trbViewAngle.Value)/5,.8)/3;
float myStartingSize = .5f;
float myAltitude = (float)trbAltitude.Value / 4;
int myGroundHeight = (int)(picLeft3D.Height / myViewAngle );
int   myBackHeight = picLeft3D.Height - myGroundHeight;

//by skewing the right image, we make landscape
Point[] skewPoints = {
                        new Point(0, myBackHeight ),  	// upper-left point
                        new Point((int)(picLeft3D.Width+(myGroundHeight /myAltitude)), 
			myBackHeight),  		// upper-right point
                        new Point((int)(-myGroundHeight /myAltitude ), 
			picLeft3D.Height)  	// lower-left point
                      };

gLeft.DrawImage(picBack.BackgroundImage, new Rectangle(0, 0, picLeft3D.Width, 
	myBackHeight+2), new Rectangle(0, 0, picBack.BackgroundImage.Width, 
	picBack.BackgroundImage.Height), GraphicsUnit.Pixel);
gRight.DrawImage(picBack.BackgroundImage, new Rectangle(0, 0, picRight3D.Width, 
	myBackHeight+2), new Rectangle(0, 0, picBack.BackgroundImage.Width, 
	picBack.BackgroundImage.Height), GraphicsUnit.Pixel);

gLeft.DrawImage(picGround.BackgroundImage, new Rectangle(0, myBackHeight, 
	(int)(picLeft3D.Width + myGroundHeight / myAltitude ), myGroundHeight), 
	new Rectangle(0, 0, picGround.BackgroundImage.Width, 
	picGround.BackgroundImage.Height), GraphicsUnit.Pixel);
gRight.DrawImage(picGround.BackgroundImage, skewPoints);

最后根据深度在场景上绘制所有物体。

    // drawing all objects of the collection in order by depth on the scene
    for (int d = 0; d < 1000; d++)
    {
        foreach (picCollection myP in myAllPicCollection)
        {
            if (d == myP.myDepth) DrawPicture(gLeft, gRight, myP);
        }
    }

    picLeft3D.Image = leftBitmap;
    picRight3D.Image = rightBitmap;
    if (mnuAutoSave.Checked) ImageSvae();
}


// Draw Graphics on the scene
private void DrawPicture(Graphics gLeft, Graphics gRight, picCollection myP)
{
    gLeft.DrawImage(myP.myImage, myP.myX, myP.myY, 
	myP.myImage.Width * myP.myScale, myP.myImage.Height * myP.myScale);
    gRight.DrawImage(myP.myImage2, myP.myX - myP.myDepth, 
	myP.myY, myP.myImage2.Width * myP.myScale, myP.myImage2.Height * myP.myScale);
}