基于單一二維照片的三維模型重建研究.pdf

1、隨著軟件技術(shù)的不斷發(fā)展和硬件性能的不斷提高，現(xiàn)代計算機(jī)已經(jīng)具備了快速渲染包含豐富三維模型的大規(guī)模三維場景的能力。無論是傳統(tǒng)的三維游戲，還是近年來越來越普及的在線三維漫游展示系統(tǒng)，都需要大規(guī)模的三維場景。因此，如何能夠快速有效地進(jìn)行大規(guī)模的三維建模，如何能將模型建立的過程從完全的手工操作變?yōu)榘胱詣踊踔磷詣踊僮?，也就具有相?dāng)?shù)睦碚撘饬x和實踐價值。
　　三維物體的手工建模需要相當(dāng)?shù)膶I(yè)知識，一個模型從形狀的建立、修改到添加紋理和材質(zhì)

2、，費(fèi)時費(fèi)力。如果能從二維的照片中自動或者半自動地獲取和重建三維的模型，不僅可以大大提高建模的效率，實現(xiàn)快速的大規(guī)模三維建模，還可以使得非專業(yè)人員進(jìn)行三維建模成為可能。事實上，從二維照片中獲取三維模型正是計算機(jī)圖形學(xué)和計算機(jī)輔助設(shè)計領(lǐng)域中一個非常常見和普遍的問題。本文對這一問題的解決作了深入的研究和探討，提出了自己的建模方法和框架，試圖為大規(guī)模的自動化建模提供一個可行的解決思路和研究方向。
　　具體來說，本文的主要貢獻(xiàn)列舉如下。

3、r>　　1.本研究在已有的基于圖片的三維建模研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地將傳統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計的基本操作，即拉伸、放樣、旋轉(zhuǎn)和掃掠，融入到三維模型重建的算法中來，同時結(jié)合當(dāng)前較為先進(jìn)的圖像邊緣點(diǎn)拾取算法、離散點(diǎn)拼接算法和擬牛頓數(shù)值優(yōu)化的方法，為各種常見三維圖元的重建提供支持。與以往的單張照片三維模型摳取系統(tǒng)不同的是，本論文中實現(xiàn)的系統(tǒng)不僅支持底面或結(jié)構(gòu)較為簡單的三維幾何圖元，也支持許多較為復(fù)雜的幾何圖元。
　　2.在有了這些三維圖元之后，

4、系統(tǒng)不僅支持對單個圖元進(jìn)行放縮、旋轉(zhuǎn)、移動等編輯操作，還為多個不同三維圖元的拼接和組合提供了支持。這是因為實際生活中很多物件不能由單個三維圖元來簡單表示，而是由多個部分組成的。通過將幾何圖元拼接起來，本系統(tǒng)可以支持不少生活中常見物體的三維建模和編輯。
　　3.本論文中還將本方法與已有的同類三維建模方法進(jìn)行了較為詳細(xì)和深入的比較和分析，并對基于自動景深估算的三維模型抽取算法進(jìn)行了可行性方面的初步探索和討論。
　　總而言之，通過

5、使用本研究提供的建模工具，非專業(yè)人士也可以十分迅速地從單張二維照片中抽取出想要的完整三維模型，使得模型的投影與照片吻合，并對其進(jìn)行隨心所欲的編輯和使用。這就為大規(guī)模自動化的三維建模提供了一個新的解決思路和實現(xiàn)路徑。例如，本系統(tǒng)可以與當(dāng)前發(fā)展日臻成熟的在線三維漫游系統(tǒng)或三維展示系統(tǒng)進(jìn)行集成，為這些系統(tǒng)提供大量的基礎(chǔ)三維模型。在未來，我們考慮支持更多更為復(fù)雜的幾何圖元，以使更多實際物體的三維建模成為可能。另外，考慮照片中物體背面紋理信息的缺