基于轮廓线的自动三维重建方法研究

摘要

基于单幅图像的三维重建是虚拟现实、计算机图形学等领域的重要研究内容，从单幅二维图像恢复出三维信息本身属于逆向工程，存在多义性的病态问题，可以用轮廓、亮度、纹理、明暗、交互、运动、变焦等方法进行三维重建。但是，重建效率低和精度不高仍然是研究中存在的核心问题。
　　本文对单幅图像中正侧视图的物体进行建模，提出了基于轮廓线的自动三维重建方法。首先对输入图像进行预处理，然后根据物体的不同形态特征，选择使用对应的组件化建模算法，完成三维重建。主要工作包括：
　　（1）详细阐述了基于轮廓线三维重建的预处理操作。通过比较Graph Cut算法和GrabCut算法的优劣，选择更优秀的GrabCut算法进行图像分割；提出了基于道格拉斯普克（Douglas Peucker）算法的距离插值方式的轮廓点重采样方法；采用快速细化算法提取目标轮廓的骨架，为三维建模提供有效的轮廓和骨架信息。
　　（2）根据人类视觉感知原理，提出了基于控制点网的组件化建模算法，通过观察主体组件的形态特点，结合人体视觉感知，提出了控制点网建模的思路。首先综合考虑轮廓曲率，最近点、交点分别与轮廓点连线的长度和角度关系，选择构建最优点对，并在最优点对连线上设置控制点，经过连线构成二维控制点网；然后，以人类视觉感知为基础构建三维提升曲线，对二维控制点进行空间提升，进而对其进行优化和空间三角剖分，构建三角网格模型；侧肢组件由于结构和形态存在较大差异，又细分为对称流线型和一般结构两种类型分别建模。最后对主体和侧肢组件模型进行合并和纹理映射等操作来完成建模。实验表明，基于轮廓线的分组件建模方法效率高、建模效果好。
　　（3）搭建3DCreator系统平台验证上述算法和技术。给出了多种物体的建模结果，并进行了功能和性能测试。系统集成了CGAL平台，可对重建后的三维模型进行细节优化、编辑等后处理。
　　本文提出的基于轮廓线的自动三维重建方法，可为用户提供方便、快速、所见即所得的建模体验，支持三维打印、虚实交互、计算机动画等具体应用。

目录

1 绪论

1.1 课题研究目的和意义

1.2 基于图像的三维重建技术

1.3 课题研究内容

1.4 论文组织结构

2 三维重建预处理

2.1 引言

2.2 图像分割

2.3 图像轮廓点采样

2.4 骨架提取

2.5 本章小结

3 基于控制点网的组件化重建

3.1 引言

3.2重建算法框架

3.3 主体组件自动生长

3.4 侧肢组件重建

3.5 组件融合与纹理映射

3.6本章小结

4 3DCreator系统设计与实现

4.1 引言

4.2 系统结构与功能

4.3三维重建结果与分析

4.4 模型优化与后处理

4.5 本章小结

5 总结与展望

参考文献

致谢

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