隱式表達(dá)三維模型流水線的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、作為國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目號：60275012)，廣東省普通高校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目號：04Z010)，以及深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目號：200341)的重要研究內(nèi)容之一，本論文旨在隱式表達(dá)的框架下，圍繞三維數(shù)字成像及造型流水線中涉及的三個(gè)核心技術(shù)，即三維系統(tǒng)標(biāo)定、多視點(diǎn)深度圖像的匹配以及多視點(diǎn)深度圖像的合成，從理論上和實(shí)踐上進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究與探討。 論文的主要研究內(nèi)容和取得的主要研究進(jìn)展有： 1.分析并論證了

2、根據(jù)徑向基函數(shù)插值構(gòu)造變分隱式曲面進(jìn)行曲面重建的優(yōu)缺點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上確定了基于隱式表達(dá)的匹配和合成多視點(diǎn)深度圖像的研究方案。以實(shí)驗(yàn)室搭建的三維掃描器為工具實(shí)現(xiàn)三維建模流水線的標(biāo)定、匹配和合成三個(gè)過程。 2.設(shè)計(jì)點(diǎn)陣圖案，利用位錯(cuò)點(diǎn)陣成像原理和基準(zhǔn)傳遞概念標(biāo)定三維掃描器，為重建三維模型提供精確數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過標(biāo)定的三維掃描器，對300×300×80mm3的測量體積內(nèi)，可以獲得X方向的標(biāo)準(zhǔn)差為0.288mm，Y方向的標(biāo)準(zhǔn)差為

3、0.238mm和Z方向的標(biāo)準(zhǔn)差為0.292mm的測量精度。 3.估計(jì)三維掃描器在多個(gè)視點(diǎn)的位置姿態(tài)，以此作為多視點(diǎn)深度圖像匹配的初值。將數(shù)字投影儀的投射過程，當(dāng)作攝像機(jī)成像的逆過程。提出了“相位-坐標(biāo)”的變換方法，利用投射正交的條紋圖，快速尋找成像平面和掃影平面上的對應(yīng)點(diǎn)。將極線幾何約束原理應(yīng)用于主動(dòng)三維視覺系統(tǒng)，并在考慮到采樣數(shù)據(jù)受噪聲影響的條件下建立了優(yōu)化多視點(diǎn)位姿估計(jì)的數(shù)學(xué)模型。通過求解所建立的數(shù)學(xué)模型可以獲得三維掃描器在

4、多視點(diǎn)的位置姿態(tài)的優(yōu)化估計(jì)。同時(shí)，此模型還可以應(yīng)用于同步自標(biāo)定三維掃描器的設(shè)備參數(shù)。這種方法不需要任何已知三維坐標(biāo)的標(biāo)定參照物，改善和提高了三維掃描器的實(shí)用性。 4.針對同類合成方法中經(jīng)常用到的符號距離函數(shù)，在向量空間進(jìn)行了嚴(yán)格和系統(tǒng)的數(shù)學(xué)公式化證明和明確的幾何解釋，并在此基礎(chǔ)上利用“最小二乘逼近深度曲面上的點(diǎn)到等值面上的對應(yīng)點(diǎn)的距離”和“空間向量圖解”的方法建立一個(gè)廣義且規(guī)范的隱式曲面方程。重新解釋設(shè)置“權(quán)函數(shù)”的標(biāo)準(zhǔn)以及隱式