基于照片序列的三维建筑模型制作

摘要

数字城市已成为继互联网之后的新词汇,受到人们越来越多的关注。数字城市中最基础的是三维数字城市建模,它为城市的管理,城市的建设提供了一个非常有效的途径。现今数字城市建模主要有分为几种方法:第一,几何造型的方法,该方法利用专业的建模软件,例如MAYA,3DsMAX,AutoCAD等建出城市模型。第二,利用精密设备采集建筑物点云方法进行模型重建。第三,基于照片序列或者视频的方法,运用计算机视觉的技术进行模型的重建。近年来,第三种建模技术得到人们越来越多的关注,因其具有成本低,建模速度快等优点。本文基于第三种照片序列的重建方法,制作了一个交互式的建筑物建模系统,可以从一组无序的照片序列中生成一个具有真实感效果的建筑物模型。
　　 首先,必须知道每幅照片对应的相机参数和观察场景的三维点云,这需要对一系列照片进行预处理操作。利用计算机视觉中经典的SIFT方法进行两两照片之间的特征点匹配,之后通过解基本矩阵的方法找到具有对极几何性质匹配的特征点,利用这些特征点信息,采用运动结构分析技术恢复出建筑物结构3D点云和每幅照片对应的相机参数。
　　 其次,进行了预处理工作之后,在我们制作的交互式系统中,使用者可以通过在照片上描绘建筑物的轮廓,利用预处理得到的3D点云信息和相机信息,系统可以自动生成建筑物分片模型。之后,对每一个3D面片进行一些编辑与修正操作,诸如平面之间缝合,编辑平面边界,自动生成新平面,平面加厚与挤入等。经过这些操作中的一种或几种之后,可以生成建筑物的几何模型结构,最后分别对每一个面片采集对应照片像素作为纹素,进行纹理映射,产生一个具有真实感的建筑物模型。
　　 最后,本文给出了多个建筑物模型重建的例子,来说明使用本系统重建建筑物模型的快速性与可行性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 数字城市建模现状

1.2.1 建筑物建模技术的研究

§1.3 本文的研究工作与结构安排

1.3.1 本文的研究工作

1.3.2 论文安排

第二章 照片的预处理工作

§2.1 抽取具有一致对极几何特性的匹配的特征点

2.1.1 抽取特征点与特征点的匹配

2.1.2 抽取具有一致对极几何特性的特征点

§2.2 恢复初始相机姿态与初始三维点云坐标

2.2.1 针孔相机模型与恢复初始相机姿态

2.2.2 恢复初始三维点云坐标

§2.3 修正初始相机姿态与初始三维点云坐标

§2.4 算法总结与实验结果

2.4.1 算法总结

2.4.2 实验结果

§2.6 本章小结

第三章 交互式几何建模

§3.1 2D交互式界面与3D面片的生成

3.1.1 2D交互式界面

3.1.2 3D面片的生成

3.1.3 拟合平面方法

§3.2 3D视角与面片的编辑

3.2.1 3D视角

3.2.2 面片的修正与编辑

§3.3 纹理映射

§3.4 本章小结

第四章 试验结果

第五章 总结与展望

§5.1 本文工作总结

§5.2 未来工作展望

第六章 参考文献

致谢