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(qiáng))

三維技術(shù)基礎(chǔ)與藝術(shù)欣賞陳永強(qiáng)教授數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院1本文檔共25頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分教學(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本文檔共25頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分教學(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本文檔共25頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第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(jì)算機(jī)表示和處理的數(shù)學(xué)模型，是在計(jì)算機(jī)環(huán)境下對其進(jìn)行處理、操作和分析其性質(zhì)的基礎(chǔ)，也是在計(jì)算機(jī)中建立表達(dá)客觀世界的虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。4本文檔共25頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第4章三維重建技術(shù)三維重建物體三維重建是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(CG)、計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)(CAGD)、計(jì)算機(jī)動畫、計(jì)算機(jī)視覺、醫(yī)學(xué)圖象處理、科學(xué)計(jì)算和虛擬現(xiàn)實(shí)、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(jì)算機(jī)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(jī)交互生成人為控制下的物體三維幾何模型。實(shí)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(dá)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(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)，包括數(shù)據(jù)獲取、預(yù)處理、點(diǎn)云拼接和特征分析等步驟。5本文檔共25頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第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(diǎn)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本文檔共25頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第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。本文檔共25頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第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(diǎn)獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)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)。本文檔共25頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第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(jìn)行相鄰輪廓的連接和三角化，得到物體表面形狀。本文檔共25頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第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(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行重建獲得物體的整體表面信息。

本文檔共25頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建在計(jì)算機(jī)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(yàn)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(jī)進(jìn)行標(biāo)定，

即計(jì)算出攝像機(jī)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本文檔共25頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第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(jìn)行圖象處理之前，先要用攝像機(jī)獲取三維物體的二維圖象。光照條件、相機(jī)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(jī)標(biāo)定：通過攝像機(jī)標(biāo)定來建立有效的成像模型，求解出攝像機(jī)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(diǎn)坐標(biāo)，從而達(dá)到進(jìn)行三維重建的目的。（3）特征提?。禾卣髦饕ㄌ卣鼽c(diǎn)、特征線和區(qū)域。大多數(shù)情況下都是以特征點(diǎn)為匹配基元，特征點(diǎn)以何種形式提取與用何種匹配策略緊密聯(lián)系。因此在進(jìn)行特征點(diǎn)的提取時需要先確定用哪種匹配方法。特征點(diǎn)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本文檔共25頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第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(diǎn)在兩幅不同圖象中的成像點(diǎn)進(jìn)行一一對應(yīng)起來。在進(jìn)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(jī)機(jī)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(jī)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(jī)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(jì)出一個比較精確的立體視覺系統(tǒng)。13本文檔共25頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建軟件①3DmeNow14本文檔共25頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建軟件②Canoma15本文檔共25頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建軟件③PhotoModeler和PhotoModelerScanner16本文檔共25頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建軟件④ImageModeler17本文檔共25頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第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本文檔共25頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第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本文檔共25頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建應(yīng)用20本文檔共25頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第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地鼠本文檔共25頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第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》。本文檔共25頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期三\19點(diǎn)27分第4章三維重建技術(shù)基于圖象的三維重建應(yīng)用文化遺產(chǎn)的保存23河南省新鄉(xiāng)市輝縣村舍重建圖本文檔共