基于轮廓线与深度图的三维模型变形技术研究

摘要

近年来，三维模型的应用广泛，衍生出的相关技术也得到关注，但万宗之源仍是三维几何模型的获取。网格模型自身又具有的良好灵活性，便于修改和调整，所以充分利用己有的模型资源，经过适度变形，进而获得符合具体应用需求的新模型成为新的研究方向。为了提高既有模型的利用率，同时摆脱现有三维模型变形技术中对人工选取控制点的依赖，本文基于轮廓线和深度图的三维模型的变形技术开展研究，主要工作如下： （1）三维薄板样条变形技术研究。分析了三维模型变形过程中控制点前后变化趋势，研究了三维模型变形中的约束函数，把运用在图像变形中的薄板样条函数迁移到三维模型上，设计了薄板样条函数约束的三维模型变形方法，通过优化网格表面的能量方程并求解映射函数的系数，再把系数作用于模型的其他网格顶点，实现了薄板样条函数的约束的三维模型变形。 （2）单幅图像驱动的三维模型变形技术研究。针对在变形过程中依赖人工选取控制点的问题，分析了图像特征点的提取方法，提出了轮廓线指导的三维薄板样条变形方法，实现了控制点的自动化选取以及图片物体的重建。首先，检索出与图像相似的三维模型并进行投影，提取输入图像和投影图的轮廓；其次，检测输入图像的特征点为目标控制点，再根据轮廓长度的比例关系，对应出投影图上的源控制点；最后，在三维模型上索引轮廓点对应的网格顶点作为最终控制点，进行薄板样条变形。 （3）深度图像驱动的三维模型变形技术研究。针对图像驱动变形时第三维坐标信息不充分的问题，深入研究了深度图像转换点云以及点云特征点提取与匹配等内容，提出了深度图像驱动的三维模型变形方法，实现了对深度图的三维重建。首先通过对称检测方法确定起始控制点的对称点，补足深度图像遮挡面的特征点，对目标控制点同样检测对称点；然后确定所有的变形控制点，使用全部的匹配对对模型进行薄板样条变形。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状及研究难点

1.2.1 国内外研究现状

1.2.2 三维模型变形的难点

1.3 研究思路

1.4 本文主要研究内容及章节安排

第二章 三维模型变形相关技术及概念

2.1 三维模型变形概述

2.1.1三角网格

2.1.2三维模型变形技术

2.2 三维模型变形的方法

2.2.1 自由变形

2.2.2 骨架驱动变形

2.2.3 微分坐标变形

2.2.4 物理变形

2.3 曲面网格变形

2.3.1 曲面变形原理

2.3.2 薄板样条函数

2.3.3 径向基函数

2.4 本章小结

第三章 薄板样条函数约束的三维模型变形算法

3.1薄板样条函数

3.2三维薄板样条变形

3.4 实验结果展示

3.5 本章小结

第四章 基于轮廓线的三维模型变形

4.1 引言

4.2 图像轮廓提取

4.2.1 图像锐化及前景提取

4.2.2 轮廓检测及角点检测

4.3 三维模型轮廓的提取及变形控制点的选取

4.3.1 三维模型轮廓的提取

4.3.2 变形控制点的选取

4.4 实验结果及分析

4.5 本章小结

第五章 基于深度图的三维模型变形

5.1 引言

5.2 深度图转点云

5.3 特征点匹配

5.3.1 特征检测

5.3.2 特征描述

5.3.3 特征匹配

5.4 特征点的对称提取

5.5 实验结果及分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢