三维模型动态纹理映射

摘要

从图片序列中重建三维模型日益受到重视，然而其侧重点大多数集中于准确恢复三维模型的物理形状，而给三维模型贴纹理常常被忽略。但是好的纹理是模型的重要部分，纹理的质量对模型的真实感有非常大的影响。虽然现在已经有一些学者对模型的纹理映射进行深入讨论，然后其所用图片往往来源用于三维重建的图片序列，即相机内外参数已经求得，非实时的图片。本文研究了如何用对所建模物体的任意图片序列进行纹理映射，并在此基础上开发了动态纹理映射系统，可以将若干个摄像头的视频实时映射到三维模型上，使得虚拟的三维模型有动态的真实视频作为纹理，达到真实与虚拟互相融合的效果。
　　本文所要进行纹理贴图的模型可以是由视频或图片序列自动重建出的三维模型，也可以是用建模工具（如3ds Max）手动创建的模型。纹理映射的先决条件是能准确求得所要映射图片的相机参数。对于自动重建出的三维模型，本文通过图片点与三维点的对应关系求得相机参数。对于手工创建的模型，本文创新的采用一种迂回方法，先由图片序列自动重建出三维模型，然后将重建的三维模型与手工创建的模型对齐，即得到自动重建模型到手工模型的坐标转换关系。先求相机相对于自动重建模型的姿态，然后由这两个模型的转换关系间接得到相机相对于手工构建模型的姿态。
　　得到若干个所要进行纹理映射的相机的相机参数后，本文通过纹理图像视角方向和面片法向量的夹角、纹理图像相机到三角面片的距离和投影点到图像边界距离三个因素来为每个面片选择最佳纹理图片，接着应用纹理融合算法和亮度调整算法来解决边界缝隙问题，最后在静态纹理映射基础上完成动态视频纹理映射，它可用于监控系统中，使多个监控视频实时映射到需要监控的三维场景上。
　　为了进一步提高视频纹理映射在监控系统中的实用性，本文还实现了增强三维浏览的功能，比如让用户进行不同视角的切换，对给定图片自动定位到模型中，查看相机位置和对带纹理的模型进行自动播放等。

目录

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摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 针孔相机模型

1．1．2 径向畸变

1．2 三维模型重建概述

1．3 相机姿态求解概述

1．4 纹理映射概述

1．5 三维模型浏览器概述

1．6 本文的研究内容与主要贡献

1．7 本章小结

第2章 相机姿态求解

2．1 畸变矫正

2．1．1 实验结果

2．2 二维点与三维点对应关系的获取

2．2．1 直接匹配

2．2．2 间接匹配

2．2．3 人工标点

2．3 相机姿态求解

2．3．1 直接线性算法(DLT)

2．3．2 内参只有焦距未知的姿态求解

2．4 三维模型对齐

2．4．1 实验结果

2．5本章小结

第3章 视频动态纹理映射

3．1 纹理映射基础

3．2 问题描述

3．3 纹理图片选择

3．4 纹理融合

3．5 亮度调整

3．6 动态纹理映射

3．7 实验结果

3．8 本章小结

第4章三 维浏览

4．1 鼠标移动模型功能

4．2 游戏手柄移动模型功能

4．3 移动限制功能

4．4 选点操作

4．5 绘制模式的设置

4．6 立体模式设置

4．7 相机绘制

4．8 修改模型大小

4．9 屏幕截屏与视频录制功能

4．10 相机纵横比设置

4．11 自动将图片加载进三维模型

4．12 同时加载多个模型

4．13 初始位置设置

4．14 动画播放

4．15 与MeshLab比较

4．16 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢