基于图像计算机三维重建技术研究-计算机应用技术专业论文.docx

西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 PAGE PAGE 6 PAGE PAGE 15 Yam any 等把三维重构技术应用于牙齿的 三维重构 ，他们设计了一套基于国像序列 的三维重构系统，该系统利用通过伸入口腔中的 小型摄像机所拍得的图像来对牙 齿的三雏形状进行测量，该系统主要应用于牙棋制作。当今我国医学研究领域也 来开始了三维建棋技术的研究 ，并成为当前医学领域的新热点。在医学 CTνlRI或 DSA影像指导下 ，我国的医学工作者与科研机 构合作利用三维重建技术 ，经计算 机精确的计算和仿真校验后 ，运用新型高精度脑立体定向手术仪进行各种脑部手 术。三维重建手段应用于隧道地质 三 维影像 ，来呈现隧道地质特征并用来提供视 觉化 ，是近年来计算机图形学的又一个重要应用。 1.3 三维建模方法分类 阁像的三维建棋主要涉及到计算机视觉、计算机图形学、图像处理 、虚拟现实 等研究领域 ，根据其研究方式的不同 ，司 以把它划分为基于图像的绘制和建棋方 法 、基于几何的建棋方法及它们的混合建棋方法等。 1.3.1 基于几何的建棋方法 几何建模 方法就是对物体的描峰和l表达是建立在 儿何倍息和1拓扑信息处理基 础上的 。拓扑信息一般是物体各分量的数目及其相互间的连接关系，而几何信息 一般是指物体在欧氏空间中的形状、大 小。 罔绕真实感图形的生成是三维计算机图形发展的核 心内容，基于几何的建棋技 术始于 20 世纪 80 年代初 ，它就是在l绕其实感图形的生成。基于几何建模的方法 通常利用成熟的三维造型软件(如 Auto CAD，ads max)手工搭建模型， 以 ads max 为例，它除了一些基本的建棋 、材质、动画、渲染外，还有几百 个外挂的特拉效 果棋块，其中的 NUBRS 建棋工具可以建立各种各样复杂的空间曲丽，而且可以实 时显示，并能够导入到 OpenGL 环境中。由三维软件，建棋工具进行建棋可操作性 强，简单直观 ，视点自由 ，但是这种方法要求使用者有较强的先验知识，在进行 大规模场最建造时 ，工作量大 ，结果也不够精确 。因此，人们开始对建棋技术进 行进一步的探索。儿何建棋可 以近一步划分为层次建模法和 l面 向对象建棋法。 1.3.2 基于图像的绘制和l建棋方法 基于图像的建模与绘制方法 (IBT.仪， Image-Based Modeling and Rendering)，是 近年来的发展热点。 IBMR 不是使用传统的基于几何建模所使用的几何图元来进行 建模的，它而是利用 一组来样的图像来建立虚拟现实棋型 的。基于图像绘制的方 法一般做法是首先锚要采集场呆的大量照片 ，并将这 些照片拼接成球面或柱面全 最阁 ，再根据视点来确定使用什 么样的具体全最图 ，并且还要根据该视点的视线 方 向绘制出最终的图像 。这种方法具有其实的场最效果，由于其使用了真实场最 的照片，因此绘制的虚拟场最具有较强的沉浸感 。IBM 就是利用图像来建 立最物 的几何模型， IBM 使用的图像包括照片、视频序列、计算机生成的图形甚 至是绘 画。基于图像的建模与绘制方法主要目 的是重构三 维几何结构，并且由 二 维图像 恢复最物的 三维几何结构 。基于图像的建模与绘制方法本来主要是用于计算机视 觉的研究 内容，现在由于它的广阔应用前最 ，计算机图形学和计算机视觉方面的 学者和专家转向该研究领域。 1.4 基于图像的三维重建技术的研究内容 典型的基于图像的 三 维重建方法一般包括 : 图像获取，相机标定，图像匹配， 三 维重建寄:步骤 。 图像获取是图像处理和l计算机视觉的前提 。相机参数标定是为了确定相机的 位置 、属性参数和建立成像棋型，以便确定空间坐标系中物体点同它在图像平而 上像点之间的对应关系 。相机标定包括确定相机内部几何和光学特性(内部参数) 手1]确定相机在 一个世界坐标系中的 三维位 置和方向(外部参数)。特征提取是为了 得到匹配赖 以进行的图像特征 ，是进行立体匹配 的前提条件。在立体视觉的计算 中两个或多个图像上对应部分的匹配是非常 重要 的，为了保证匹配的速 度 、可能 性和稳定性 ，确定场景中同一物点在不同图像中 的对应关系是关键。解决该问题 需要选择合适的图像特征井进行匹配。立体匹配是 三 维重建过程的最主要的步骤 之一，也是立体视觉中最困难的问题 。当空间三维场景被投影为 二维图像时，同 一景物在不同视点下的图像会有很大不同 ，而且场景中 的光照条件、 l噪声干扰和 畸变以及相机特性，等诸多因素都被综合成图像中的灰皮这 一单一值。因此， 立体 匹配是典型的视觉病态计算问题，很难对图像进行无歧义 高准确率的立