三维场景漫游与全景拼接的关键技术研究

摘要

虚拟现实技术已经成为互联网和计算机科学发展的重要方向。当前，以网络为基础的虚拟现实技术，主要可划分为两个范畴：基于三维模型和VRMI，的技术和以图像为基础的全景技术。 虚拟现实建模语言VRML，是虚拟现实三维立体网络程序语言，它可以在网络上创建逼真的三维场景，使虚拟世界的真实性和交互性得到更充分的体现。它能够把三维、二维、文本、多媒体信息以及脚本描述语言等集成为统一的整体，产生一种全新的交互式应用，3D环境模型成为基本用户界面模式成为现实。但VRML构造一个三维场景时通常需要录入较多规范的数据，尤其是在建立复杂物体的三维模型时效率很低。三维动画软件3DS MAX提供了VRML的接口，它可以高效快捷地建立三维模型。VRML，与3DS MAX结合运用，相辅相成，在实现虚拟现实的动态交互时达到事半功倍的效果[张金钊等2004]。 全景图技术是近年兴起的一种表示和绘制具有照片真实感的交互式的虚拟场景的方法，以图像绘制IBR为基础，其主要特点是绘制复杂度与场景的复杂度无关。全景拼接则是其中应用较广的一种技术，它是将同一场景中的多幅有部分重叠区域的图像进行拼接，无缝地连接成一幅新的可以在水平或垂直360度全方位浏览的全景图。全景拼图再现了三维场景，可用浏览器实现虚拟场景的漫游。 本文在介绍了3ds max方便快捷的建模技术和VRML的漫游技术的基础上，以制作校园的虚拟漫游为实践平台，着重研究了3ds max和VRML相结合制作虚拟场景的关键技术，并分别总结了研究过程中对三维模型及VRML文件的各种优化方法。文中对尺度不变特征(SIFT)算法过程的进行了深入研究，通过实验证明了SIFT算法对于图像发生平移、旋转、仿射变换后仍能提取对应的特征匹配点，具有很强的鲁棒性。但在低重叠度条件下，该方法局限性。在研究了轮廓相位相关算法和基于2幂子图像的FFT对齐方法后，提出2幂方图的柱面全景拼接算法。并在处理低重叠度图像融合时，提出亮度扩散方法消除相邻图像因亮度差异引起的拼接缝。 实验表明，基于2幂方图和亮度扩散融合的低重叠度图像的拼接算法具有良好的拼接效果。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题背景及学术意义

1.2虚拟现实技术(VR)

1.2.1虚拟现实技术的基本特征

1.2.2虚拟现实技术的应用前景

1.3基于图像的绘制(IBR)

1.4论文的主要工作及组织结构

第二章三维建模与漫游

2.1 3DS MAX

2.1.1 3DS MAX

2.2 VRML

2.2.1 VRML浏览器

2.2.2 VRML编辑器

2.2.3 VRML编程语法

2.2.4 VRML交互机制

2.2.5多媒体技术的应用

2.2.6光照技术的应用

2.3校园漫游系统的制作

2.3.1 3DS MAX建模

2.3.2三维漫游实现

2.3.3 Premiere视频制作

2.4小结

第三章基于SIFT方法的图像匹配

3.1 SIFT特征匹配算法

3.1.1 SIFT特征点提取

3.1.2 SIFT特征向量的匹配

3.2 SIFT在图像匹配中的应用及局限性

3.3 小结

第四章柱面全景图拼接

4.1 RGB、HSV颜色模型

4.2 Canny边缘检测

4.3 Gauss滤波器

4.4 Fourier变换

4.5 POC算法

4.6低重叠度图像的全景拼接

4.6.1 采集图像，抽样图像

4.6.2 2幂方图法检测重叠量

4.6.3柱面投影

4.6.4亮度扩散法融合图像

4.6.5实验结果及分析

4.7小结

第五章总结与展望

5.1论文总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录

图版