不规则形体三维网格表面重建方法的研究

论文摘要

三维重建是计算机图形学的重要分支,有着广泛的应用。随着虚拟现实技术、计算机图形学和多媒体技术在各个领域的广泛应用,人们越来越多的关注对高度真实感三维模型建模与绘制方法的研究,而传统的建模方法在成本上、速度上、适用性上都有着不可避免的缺陷,在这样的前提下,由于基于图像的三维重建技术可以直接从图像中提取纹理、可简单快捷的重构出高度真实感的三维模型,从而受到了广泛的关注。本文采用基于图像的三维重建技术,对不规则形体进行三维网格表面重建。从图像中获取物体的三维表面点信息,进而对表面点进行三角网格化,从而恢复出具有真实感的三维物体的网格表面模型。为了提高重建质量,本文采用将重建对象固定在旋转平台上,通过角度和距离变换进行图像采样的方法,加强了采样图像之间的联系;通过二值化等方法,对采集的图像进行处理,提取物体的轮廓,为后续的搜索三维表面点操作打下了良好的基础。为满足真实感效果和重建精度,本文首先进行了摄像机自定标操作,通过基础矩阵和Kruppa方程来计算得到摄像机的内部参数。本文在重建过程中,将摄像机坐标系与世界坐标系重合,并且在进行图像采集的过程中,摄像机的位置不变,物体固定在旋转平台上,通过平台的旋转来进行采集图像,所以摄像机的外部参数平移向量t为0,旋转矩阵R为单位矩阵。得到了摄像机的内外参数后,进行了搜索三维物体表面点的算法,通过判断空间点与图像阴影的位置关系,来判断该点是否为物体的表面点,从而搜索得到物体的三维表面点集。在得到大量的物体的三维表面点后,由于这些点是离散分布的,所以需要对点云数据进行三角网格化,本文采用了局部投影法进行三角化,将得到的三维表面点进行了网格化,得到了物体的网格表面模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的及意义
• 1.2 三维重建技术及其研究现状
• 1.2.1 定标技术
• 1.2.2 表面重建技术
• 1.2.3 三角网格化
• 1.2.4 纹理映射技术
• 1.3 论文的主要研究内容及其组织结构
• 第2章 摄像机自定标算法
• 2.1 图像采集与预处理
• 2.2 摄像机定标的基本原理
• 2.2.1 坐标系
• 2.2.2 摄像机模型
• 2.2.3 摄像机内外参数
• 2.2.4 极线约束和基础矩阵
• 2.3 摄像机自定标
• 2.4 实验结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 不规则形体表面点三维重建算法
• 3.1 三维重建的基本原理
• 3.1.1 空间点的重建
• 3.1.2 空间直线重建
• 3.1.3 空间二次曲线重建
• 3.2 表面点三维重建的基本原理
• 3.2.1 判断点为物体内部点
• 3.2.2 搜索物体表面点
• 3.3 搜索表面点的基本流程
• 3.4 性能分析与实验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 点云数据的三角网格化
• 4.1 三角网格化典型算法
• 4.1.1 α形法
• 4.1.2 场函数法
• 4.1.3 局部投影法
• 4.2 点云数据的三角网格化
• 4.2.1 确定切平面
• 4.2.2 平面二维点的Delaunay三角化
• 4.2.3 三角网格的优化处理
• 4.2.4 切平面法向量一致化
• 4.3 性能分析与实验结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 不规则形体三维网格表面重建系统设计实现
• 5.1 三维重建系统框架
• 5.2 三维重建系统的流程
• 5.3 重建系统的测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢