虚拟场景中快速建模技术的研究

摘要

虚拟现实技术自从它诞生以来，一直受到了人们广泛的关注。近年来，随着计算机技术、计算机图形学的不断发展，虚拟现实技术逐渐从单纯面向军事领域扩展到面向游戏制作、课件教学、房地产、医学、设计、考古、艺术等众多领域。 虚拟场景建模是虚拟现实技术应用中的一个关键问题。逼真的虚拟场景固然能给人一种更加身临其境的感觉，而虚拟场景模型建立的速度则将影响到虚拟现实技术应用的前景。本文主要研究虚拟场景中三维物体模型的快速建模方法。 论文首先介绍了立体视觉重建的原理及其主要研究内容、图像边缘检测的基本原理以及图像匹配的主要方法。随后重点研究了摄像机的标定和三维表面重建两个问题。 主要研究了当前流行的三种摄像机标定方法，并分析了它们在快速建摸中存在的不足。随后提出了一种新的摄像机标定算法，该算法只需摄像机做2次平移运动，并测出平移量即可标定摄像机的5个内参数和6个外参数。算法与使用标定块的摄像机标定方法和基于主动视觉的摄像机标定方法相比，具有操作简单，易于实现的优点。与摄像机的自标定方法相比，具有精度高的优点。实验表明，该方法在三维快速重建中有良好的性能。 主要研究了基于最小二乘算法的求取空间点坐标的方法、散乱点的三角剖分问题、基于OpenGL的三维表面重建方法和基于VRML的三维表面重建方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究的背景与目的

1.2虚拟现实技术的发展概况

1.3快速建模型的研究现状

1.3.1快速建模的概念

1.3.2基于立体视觉的三维重建的研究现状

1.4本文的主要工作及内容安排

1.5本章小结

第2章立体视觉的基本理论

2.1立体视觉简介

2.2立体视觉重建原理

2.3对极几何与基础矩阵

2.3.1对极几何

2.3.2基础矩阵

2.4立体视觉的研究内容

2.5本章小结

第3章图像匹配

3.1概述

3.2边缘检测

3.2.1梯度算子边缘检测

3.2.2二阶梯度算子边缘检测

3.3图像匹配的基本原理

3.3.1基于灰度相似性的模板匹配

3.3.2基于特征的匹配方法

3.3.3基于相位的匹配方法

3.4本章小结

第4章摄像机的标定

4.1摄像机标定的原理

4.1.1坐标系

4.1.2摄像机模型

4.2摄像机标定方法的分类与比较

4.2.1使用标定块的摄像机标定方法

4.2.2主动视觉摄像机标定方法

4.2.3摄像机的自标定方法

4.3本文使用的摄像机标定方法

4.3.1基础矩阵F的分解

4.3.2实验分析

4.3.3摄像机外参数的确定

4.4本章小结

第5章三维表面重建

5.1三维表面重建方法简介

5.2最速下降法求取三维物体的空间坐标

5.2.1最速下降法简介

5.2.2使用最速下降法求取三维物体空间坐标

5.3三角剖分

5.3.1概述

5.3.2基于平面投影的三角剖分算法

5.4基于OpenGL的三维物体表面重建

5.4.1 OpenGL简介

5.4.2 OpenGL图形实现方式

5.4.3编写OpenGL应用程序的步骤

5.5基于VRML的三维物体表面重建

5.5.1 VRML简介

5.5.2 VRML编辑工具

5.5.3 VRML浏览器插件

5.5.4 VRML文件的组成

5.5.5创建VRML文件

5.6实验结果

5.7本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢