三維技術(shù)基礎(chǔ)與藝術(shù)欣賞第4章三維重建技術(shù)(陳永強)

三維技術(shù)基礎(chǔ)與藝術(shù)欣賞陳永強教授數(shù)學(xué)與計算機學(xué)院1當(dāng)前1頁，總共25頁。教學(xué)內(nèi)容主要講解三維測量、三維靜態(tài)建模、三維動態(tài)仿真、三維重建、三維顯示、三維打印、三維動畫、三維游戲、三維影視等基本原理和技術(shù)；引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)鑒賞三維圖形圖象、三維動畫游戲和三維電影藝術(shù)；了解和熟悉三維領(lǐng)域涉及的基本概念和思維方式，了解三維技術(shù)最新發(fā)展和動態(tài)，能更好適應(yīng)現(xiàn)代三維科技時代的學(xué)習(xí)工作生活。2當(dāng)前2頁，總共25頁。教學(xué)內(nèi)容第1章三維技術(shù)概述第2章三維測量技術(shù)第3章三維建模技術(shù)第4章三維重建技術(shù)第5章三維顯示技術(shù)第6章三維打印技術(shù)第7章三維動畫技術(shù)第8章三維游戲技術(shù)第9章三維影視技術(shù)3當(dāng)前3頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)三維重建3DReconstruction三維重建是指對三維物體建立適合計算機表示和處理的數(shù)學(xué)模型，是在計算機環(huán)境下對其進行處理、操作和分析其性質(zhì)的基礎(chǔ)，也是在計算機中建立表達客觀世界的虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)。4當(dāng)前4頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)三維重建物體三維重建是計算機圖形學(xué)(CG)、計算機輔助幾何設(shè)計(CAGD)、計算機動畫、計算機視覺、醫(yī)學(xué)圖象處理、科學(xué)計算和虛擬現(xiàn)實、數(shù)字媒體創(chuàng)作等領(lǐng)域的共性科學(xué)問題和核心技術(shù)。在計算機內(nèi)生成物體三維表示主要有兩類方法：一類是使用幾何建模軟件通過人機交互生成人為控制下的物體三維幾何模型。實現(xiàn)技術(shù)已經(jīng)十分成熟，現(xiàn)有若干軟件支持，比如:3DMax、Maya、AutoCAD、UG等等，它們一般使用具有數(shù)學(xué)表達式的曲線曲面表示幾何形狀。另一類是通過一定的手段獲取真實物體的幾何形狀，一般稱為三維重建過程。三維重建是指利用二維投影恢復(fù)物體三維信息(形狀等)的數(shù)學(xué)過程和計算機技術(shù)，包括數(shù)據(jù)獲取、預(yù)處理、點云拼接和特征分析等步驟。5當(dāng)前5頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)三維重建主要方式1）基于圖象2）使用探針或激光讀數(shù)器逐點獲取數(shù)據(jù)3）三維物體的斷層掃面4）光學(xué)三維掃描儀6當(dāng)前6頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)三維重建主要方式7基于圖象的重建方式，應(yīng)用范圍廣泛，精度比較低。當(dāng)前7頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)三維重建主要方式8使用探針或激光讀數(shù)器逐點獲取數(shù)據(jù)，進行整體三角化，此類方法測量精確，但速度很慢，難以在短時間內(nèi)獲得大量數(shù)據(jù)。當(dāng)前8頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)三維重建主要方式9根據(jù)三維物體的斷層掃面，得到二維圖象輪廓，進行相鄰輪廓的連接和三角化，得到物體表面形狀。當(dāng)前9頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)三維重建主要方式10應(yīng)用硬件光學(xué)三維掃描儀獲得物體的點云數(shù)據(jù)，進行重建獲得物體的整體表面信息。

當(dāng)前10頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建在計算機視覺中，三維重建是指根據(jù)單視圖或者多視圖的圖象重建三維信息的過程。由于單視圖的信息不完全，因此三維重建需要利用經(jīng)驗知識。多視圖的三維重建（類似人的雙目定位）相對比較容易，其方法是先對攝像機進行標(biāo)定，

即計算出攝像機的圖象坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的關(guān)系。然后利用多個二維圖象中的信息重建出三維信息。11當(dāng)前11頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建步驟（1）圖象獲?。涸谶M行圖象處理之前，先要用攝像機獲取三維物體的二維圖象。光照條件、相機的幾何特性等對后續(xù)的圖象處理造成很大的影響。（2）攝像機標(biāo)定：通過攝像機標(biāo)定來建立有效的成像模型，求解出攝像機的內(nèi)外參數(shù)，這樣就可以結(jié)合圖象的匹配結(jié)果得到空間中的三維點坐標(biāo)，從而達到進行三維重建的目的。（3）特征提?。禾卣髦饕ㄌ卣鼽c、特征線和區(qū)域。大多數(shù)情況下都是以特征點為匹配基元，特征點以何種形式提取與用何種匹配策略緊密聯(lián)系。因此在進行特征點的提取時需要先確定用哪種匹配方法。特征點提取算法可以總結(jié)為：基于方向?qū)?shù)的方法，基于圖象亮度對比關(guān)系的方法，基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的方法三種。12當(dāng)前12頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建步驟（4）立體匹配：立體匹配是指根據(jù)所提取的特征來建立圖象對之間的一種對應(yīng)關(guān)系，也就是將同一物理空間點在兩幅不同圖象中的成像點進行一一對應(yīng)起來。在進行匹配時要注意場景中一些因素的干擾，比如光照條件、噪聲干擾、景物幾何形狀畸變、表面物理特性以及攝像機機特性等諸多變化因素。（5）三維重建：有了比較精確的匹配結(jié)果，結(jié)合攝像機標(biāo)定的內(nèi)外參數(shù)，就可以恢復(fù)出三維場景信息。由于三維重建精度受匹配精度，攝像機的內(nèi)外參數(shù)誤差等因素的影響，因此首先需要做好前面幾個步驟的工作，使得各個環(huán)節(jié)的精度高，誤差小，這樣才能設(shè)計出一個比較精確的立體視覺系統(tǒng)。13當(dāng)前13頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建軟件①3DmeNow14當(dāng)前14頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建軟件②Canoma15當(dāng)前15頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建軟件③PhotoModeler和PhotoModelerScanner16當(dāng)前16頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建軟件④ImageModeler17當(dāng)前17頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建應(yīng)用制造業(yè)與逆向工程18當(dāng)前18頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建應(yīng)用影視與娛樂：數(shù)字化三維模型，能夠給電影和視頻游戲提供豐富素材。19當(dāng)前19頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建應(yīng)用20當(dāng)前20頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建應(yīng)用2122屆國際體博會上，由深圳泰山在線科技公司研發(fā)的首款三維體感互動游戲——i-dong地鼠當(dāng)前21頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建應(yīng)用221997年，PaulDebevec利用圖像重建技術(shù)，成功地出品了電影短片《theCampanile》。當(dāng)前22頁，總共25頁。第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建應(yīng)用文