基于視頻的多視圖三維建模在3D打印技術(shù)中的應(yīng)用.pdf

1、隨著桌面3D打印機(jī)的普及，3D建模的需求也日益增加?；诮＼浖恼蚪７椒ǎ夹g(shù)含量高，設(shè)計(jì)模型所需時(shí)間長，而且主要針對(duì)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)，很難構(gòu)建復(fù)雜任意形狀物體。本文采取逆向建模方法，利用基于多視圖的三維重建代替價(jià)格高昂的3D掃描設(shè)備，可以方便快捷對(duì)非常復(fù)雜的實(shí)際物體進(jìn)行建模。進(jìn)一步通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和切片，即可進(jìn)行3D打印。本文對(duì)基于多視圖的三維重建及后續(xù)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和切片技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，論文的主要工作和貢獻(xiàn)包括:
　　實(shí)

2、現(xiàn)了一套從視頻拍攝到3D打印的整套工藝流程，主要包括視頻清晰度檢測與關(guān)鍵幀篩選、基于多視圖的三維重建、從PLY點(diǎn)云到STL三角網(wǎng)格的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、分層切片等四個(gè)步驟。實(shí)現(xiàn)了上述流程所涉及的各種算法，包括基于平均梯度法的圖像清晰度檢測算法、基于匹配特征點(diǎn)數(shù)目的圖像篩選算法、PMVS三維重建算法等。基于上述流程，只要圍繞實(shí)際物體拍攝一段視頻，就可以重建該物體的三維模型，并轉(zhuǎn)換生成切片數(shù)據(jù)，進(jìn)行3D打印。
　　針對(duì)三維重建不完整導(dǎo)致的空

3、洞，通過體素可視化分析進(jìn)行空洞定位，進(jìn)一步提出了一種添加輔助圖片構(gòu)建最佳相機(jī)網(wǎng)絡(luò)的方法，該方法首先估計(jì)需要補(bǔ)充的圖像所在坐標(biāo)位置，然后在視頻序列中找到距離該位置最近的圖片加入到重構(gòu)序列中，對(duì)模型進(jìn)行重建修補(bǔ)。
　　針對(duì)PLY文件轉(zhuǎn)換成STL文件后存在的錯(cuò)誤，采用最小內(nèi)角修補(bǔ)空洞的方法對(duì)空洞進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)空洞是空間多邊形時(shí)，通過計(jì)算環(huán)內(nèi)各頂點(diǎn)外邊的夾角，找到最小內(nèi)角，生成與之相關(guān)的面片，如此循環(huán)，直到將空洞分成了全部由三角形面片組成的

4、多邊形。
　　對(duì)基于幾何拓?fù)湫畔⒌姆謱忧衅惴ê突谌切蚊嫫恢眯畔⒌姆謱忧衅惴ㄟM(jìn)行了分析，結(jié)合這兩種算法的優(yōu)點(diǎn)提出了一種改進(jìn)算法。即先根據(jù)Z值排序，再對(duì)正在被切片的三角形面片建立拓?fù)潢P(guān)系，然后再切片，切片后的線段有序，自動(dòng)形成完整的輪廓線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的算法切片時(shí)間比目前主流的切片算法Cura切片時(shí)間用時(shí)減少很多。
　　本文對(duì)多種物體進(jìn)行視頻拍攝、3D建模與打印，皆取得了較好結(jié)果，證明了整個(gè)工藝流程與算法的可行