基于图像的几何三维重建

论文摘要

三维模型获取是计算机视觉和计算机图形学领域的一个基本研究问题。在实际生活当中,3D模型的重建广泛应用于对象识别,工业自动设计,视频游戏,动画制作,建筑物原貌恢复等方面,同时要求重构有较高的效率以实现实时计算。然而,利用建模软件(比如Maya和3D MAX等)手工构建三维模型是十分繁琐和代价昂贵的工作。因此,研究如何从现实世界直接和快速地获取三维模型,成为该领域的研究热点。基于现实物体的三维模型获取方法主要分为主动方法和被动方法。其中,主动方法以使用三维扫描仪的方法为代表。被动方法是基于二维图像的三维重建方法。基于图像的三维建模方法具备低成本,灵活和直接获取彩色纹理等特点,能够快速,逼真的重建出场景的三维模型。基于图像的三维重建是一个有意义的工作,目前有全自动的三维重建,但是重建效果不理想。我们认为可以加上用户的交互,添加形状编辑部分,增加系统的灵活性,但是过多的人机交互又会增加用户的负担。因此,本文的工作主要就是针对添加了手动交互操作的建筑物的三维重建系统,设计相应的算法,减少用户的工作量。本文的主要工作包括：1.介绍了一种新的基于图像的建筑物的三维重建方案,可以让普通用户,利用普通的相机拍摄一组建筑物的图片来得到带有纹理的建筑物的三维模型。2.提出了更人性化的交互设计,系统前两个阶段得到的三维点云数据,相对于三维扫描仪获取的精确点云,是不均匀,稀疏的,且包含一些误差,对三维模型的重建造成一定困难。由于大部分的基于计算机自动的重建方法效果不是很好,我们在重建过程中适当的增加人为交互的方法。通过人工辅助,一方面可以使算法更加简单,另一方面,也可以使重建的效果更好。3.提出了基于点云数据的建筑物的足迹提取,由于点云数据的稀疏性和不精确性,首先对对象进行分类,针对分类的对象,设计相应的算法。即在用户画足迹之前,在鼠标移动过程中,系统显示相应的点在图像中的位置,帮助用户理解点云数据;用户输入第一条建筑物的足迹线段后,利用霍夫变化和最小二乘拟合等方法推测出其它的足迹线段；并且给出了一套自适应的参数；然后用户对系统给出的足迹进行选择。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 论文的组织结构
• 第2章 相关工作
• 2.1 基于图像的三维重建的概念、组成
• 2.2 基于图像的几何三维重建
• 2.2.1 基于图像的几何三维重建的基本原理
• 2.2.2 几何三维重建的一般步骤
• 2.3 特征线段提取
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于建筑物图像的三维重建系统
• 3.1 系统简介
• 3.2 特征点提取
• 3.2.1 输入和输出
• 3.2.2 用户交互
• 3.2.3 细节描述
• 3.3 多视图几何编辑
• 3.3.1 输入和输出
• 3.3.2 用户交互
• 3.3.3 细节描述
• 3.4 形状编辑
• 3.4.1 输入和输出
• 3.4.2 用户交互
• 3.4.3 细节描述
• 3.5 纹理编辑
• 3.5.1 输入和输出
• 3.5.2 用户交互
• 3.5.3 细节描述
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于点云数据的足迹提取算法
• 4.1 形状编辑阶段存在的问题
• 4.2 基于霍夫变换的足迹提取算法
• 4.2.1 基于霍夫变换的足迹提取算法
• 4.2.2 自适应参数
• 4.3 用户界面设计
• 4.4 实验分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本文主要工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参与的科研项目
• 学位论文评阅及答辩情况表