场景中平面的透视模拟

论文摘要

传统的纺织CAD系统中,织物设计和织物应用是分离进行的,设计师只能在生产出样品之后才能看到织物在场景中的应用效果。如果在CAD系统中增加织物的虚拟场景模拟功能,把众多面料和场景输入计算机,将产生织物在场景中的真实效果。顾客可以自己提供场景图（如家具摆设）,与商家提供的纹理面料（如地毯、挂画等）进行组合设计并下单,从而满足个性化要求,这样可以更快更有效的选购自己喜欢的纺织产品。对于商家来说可以加快产品销售情况的反应机制,缩短产品的生产周期,从而降低成本。本课题主要实现具有交互设计功能的场景平面透视模拟。把纹理面料平铺到顾客提供的场景中,最终展示出不同面料的透视效果。本课题采用基于图像的三维模型重建技术,该技术是近年来兴起的基于图像的图形学方法的重要研究内容,也是计算机视觉的重要研究领域。该技术基于数码相机、数码摄像机等各种高性能数字化设备拍摄得到的数字图像,提取结构信息,重构场景或物体的三维几何模型。从场景的数码采集位图中勾勒出将进行透视模拟的区域,对勾勒区域进行计算。根据勾勒区域上的几何结构约束,借助一些矢量运算和几何关系,进行相机定标、计算平面法向量和估计平面上三维点坐标并显示,实现平面模型重建,并且在引入基平面的概念后确定旋转矩阵为纹理映射做准备。读入面料纹理后实现目标一源的反向纹理映射并进行优化。本文同时还介绍了基于图像的三维模型重建技术的发展状况、相机定标和纹理映射的研究背景及相关方法;在介绍关键算法和设计思想的同时,给出了具体技术的实现要点和程序框架。通过在Visual C++6.0编程环境下,利用面向对象思想所设计的一个交互式场景平面透视模拟系统,基本上实现了本课题设计的透视模拟功能。通过试验,取得了比较逼真的模拟效果,证明本文方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 织物CAD概述
• 1.1.1 CAD技术在纹织行业中的应用前景
• 1.1.2 国内外纹织CAD发展状况与趋势
• 1.2 基于图像三维模型重建概述
• 1.2.1 基于单幅图像重建几何模型
• 1.2.2 采用立体视觉方法重建几何模型
• 1.2.3 基于侧影轮廓线重建几何模型
• 1.2.4 基于深度图像重建几何模型
• 1.2.5 未定标图像恢复场景的几何和相机运动
• 1.3 基于图像三维模型重建的发展趋势
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 系统总体方案设计
• 2.1 系统总体结构
• 2.2 原始场景图获取
• 2.3 摄像机定标
• 2.4 平面重建
• 2.5 纹理映射
• 第三章 摄像机定标
• 3.1 摄像机透视投影模型
• 3.1.1 图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系
• 3.1.2 透视投影成像
• 3.2 摄像机标定方法
• 3.2.1 摄像机标定方法概述
• 3.2.2 本文采用的标定方法
• 第四章 平面建模
• 4.1 提取映射区域
• 4.2 基于几何约束进行平面重建
• 4.2.1 法向量的确定
• 4.2.2 估计场景点的三维坐标
• 4.3 基平面提取
• 4.4 求取旋转角度
• 4.4.1 旋转矩阵简介
• 4.4.2 空间角度的计算
• 第五章 纹理映射模块
• 5.1 纹理映射基础
• 5.1.1 纹理概述
• 5.1.2 纹理映射过程概述
• 5.1.3 纹理函数的分类
• 5.1.4 纹理映射算法的分类
• 5.2 面料纹理的提取
• 5.2.1 纹理图像文件格式
• 5.2.2 纹理面料的预处理
• 5.3 纹理映射过程
• 5.3.1 纹理映射算法
• 5.3.2 纹理映射优化算法
• 第六章 系统功能的软件实现
• 6.1 软件结构
• 6.1.1 算法流程
• 6.1.2 整体思路和界面效果
• 6.1.3 软件操作方法及透视效果实例
• 6.2 主要功能的实现
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 致谢