基于图片序列的三维表面重建

论文摘要

随着计算机技术的发展,人们已经不再满足于在计算机屏幕中看到简单的二维画面了,所以三维重建技术也越来越引起人们的重视,它在计算机辅助设计、计算机视觉、虚拟现实等领域都有着广泛的应用。本文首先阐述了基于八叉树的三维重建技术原理,然后在此基础上提出了表面点的提取及纹理张贴算法,论文主要工作和贡献体现在以下几个方面:首先,结合传统的八叉树三维重建算法,提出了一种三维物体表面点的提取算法。该算法将构成物体的立方体顶点分为六种情况,根据点的不同状态(处于立方体的顶点、棱、面)赋予不同的权值并通过计算处于不同立方体的顶点、棱、面的数目对点进行打分,利用这一分值区分物体的内部点和表面点。其次,提出了一种物体边缘轮廓的提取算法并对轮廓进行断层重建。该方法用平行平面截取立方体,得到平面与立方体的交点,利用交点的特点,提取出边缘点。根据物体的连通性,如果边缘点所属的立方体是连通的,那么这些点也是连通的,可以归为一个轮廓;反之,点就属于不同的轮廓。把这些点按照不同的轮廓分类,得到每层的轮廓数和点的对应关系,然后把这些点按照顺序连接起来,就得到了物体的断层轮廓。通过对断层轮廓的提取,可以克服直接对表面点进行三角剖分所出现的部分三角面片仍然在物体内部的情况,从而有利于纹理的张贴。最后,利用纹理映射方法,恢复物体的外貌形状。选择纹理图像的准则是:判断每幅图像的视点,亦称为图像平面的法向量,与三角面片的法向量之间的空间夹角,选择其夹角最小的一幅图像作为该面片所对应的纹理图像。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 三维表面重建方法及现状
• 1.2.1 三维表面重建方法
• 1.2.2 三维表面重建研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 基于八叉树的三维重建及其表面点的提取
• 2.1 八叉树重建算法思想
• 2.2 八叉树重建过程
• 2.2.1 相机标定
• 2.2.2 二值图像的棋盘距离
• 2.2.3 八叉树分解
• 2.3 三维表面重建
• 2.4 表面点提取
• 2.4.1 表面点的确定
• 2.4.2 立方体邻集的确定
• 2.4.3 表面点提取算法
• 2.4.4 表面点三角剖分
• 2.5 实验结果和讨论
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于断层的三维物体表面重建
• 3.1 断层重建算法原理
• 3.1.1 轮廓拼接问题
• 3.1.2 轮廓对应问题
• 3.1.3 轮廓分支问题
• 3.1.4 曲面拟合问题
• 3.2 基于八叉树的断层数据提取
• 3.2.1 断层边缘点的提取
• 3.2.2 断层边缘的提取
• 3.2.3 断层点的轮廓连接
• 3.2.4 断层点及其边缘轮廓的提取结果
• 3.3 轮廓的对应与拼接
• 3.3.1 轮廓的对应与分支
• 3.3.2 轮廓的拼接
• 3.4 断层重建的结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 三维表面纹理映射
• 4.1 纹理映射简介
• 4.2 本文的纹理映射方法
• 4.2.1 三角面法向量的计算
• 4.2.2 照片对应的视角方向的确定
• 4.2.3 顶点纹理坐标的获取
• 4.2.4 OpenGL 渲染
• 4.3 实验效果图
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 今后的工作和展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的文章
• 致谢