论文摘要
基于图像序列的场景重建是近年来兴起的一种新的虚拟现实实现方法,它以计算机视觉和图像处理等学科的理论和方法为基础,试图利用真实的图像来代替传统的几何建模,同时又用图像空间的变换操作来代替传统的渲染过程。由于基于图像的渲染技术在构造真实感场景和渲染速度上,与传统计算机图形学相比较有很大的独特优势,近年来逐渐成为图形学发展的一个热点,尤其是在虚拟环境的构建上有着很好的应用前景。三维虚拟城市重建对于历史景观的真实再现、城市规划中的模型表达、城市公共设施的管理、建筑设计的建筑物景观模拟、军事国防等领域都有着重要的意义。论文结合有关的科研课题,对虚拟城市的三维重建进行了研究。主要研究了基于图像序列的三维虚拟城市重建中的相机标定、特征点的提取与匹配、纹理提取、三维信息的计算和三维虚拟城市的绘制与漫游。相机标定是基于双目视觉三维重建的基础。本文研究了相机标定方法,设计了一种标定板,完成了相机内参数标定实验。通过本文提出的匹配算法获得的匹配点对完成了对相机外参数的标定。图像序列之间的约束关系由匹配的点对给出,本文提出了一种基于点特征的序列图像匹配方法。该算法首先用Harris角点检测得到特征点,提出了用三个向量描述Harris角点方向特征的方法,并把SIFT(Scale Invariant Feature Transform)算法中使用的特征描述方法引入到特征点描述中;然后,利用欧氏距离对点特征进行匹配;最后提出了一种简单高效的排除错误匹配的方法。该算法对虚拟城市中序列图像匹配具有光照强度、平移、旋转不变性。实验结果表明,该算法匹配准确率较高,具有实用价值。真实纹理的使用使虚拟城市更具有真实感,本文提出了一种基于角点导向的纹理提取方法,通过提取的Harris角点指导建筑物的纹理提取。本方法可以准确快速的完成规则纹理的提取。数据表达方法是在获取的三维信息纹理等信息的基础上形成针对自建三维虚拟系统的数据表达。本文基于CSG(Constructive Solid Geometry)思想,设计了一种简单的建筑物对象的描述方法,并在这种描述方法的基础上实现了三维虚拟城市的绘制与漫游。