基于點云的三維重建系統(tǒng)研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著游戲、仿真等圖形技術(shù)的不斷發(fā)展，以及工業(yè)設(shè)計、模擬仿真、三維影視等對三維復(fù)雜物體模型應(yīng)用需求的不斷增加，關(guān)于三維模型重建的相關(guān)研究越來越受到人們的重視。而由于點云數(shù)據(jù)易于獲取，存儲簡單方便，因此使用點云進行三維重建技術(shù)也發(fā)展迅速。
　　一個完整的三維重建系統(tǒng)通常包含以下方面：首先對點云進行預(yù)處理；然后對處理后的點云進行三角網(wǎng)格曲面重建，得到初始網(wǎng)格；最后對初始網(wǎng)格進行優(yōu)化得到最終的三角網(wǎng)格，就可以被其他建模軟件所使用。本文著重

2、對這三個階段進行了深入研究：
　　在點云簡化階段，在詳細論述了已有方法的基礎(chǔ)上，本文采用基于非均勻網(wǎng)格和曲率相結(jié)合的方法對原始點云進行精簡。首先對點云計算每個點的曲率值，然后對點云進行網(wǎng)格細分，使得每個網(wǎng)格單元中點個數(shù)不大于某一閾值 M，再根據(jù)單元格中點曲率值的大小和單元格大小對其按照某一規(guī)則進行精簡，使得曲率較大的區(qū)域保留較多的點，并且不會在曲面平緩區(qū)域出現(xiàn)孔洞，對后續(xù)網(wǎng)格重建有很大好處。在網(wǎng)格生成階段，首先對點云生成覆蓋其原始

3、表面的自適應(yīng)球集合，然后計算球之間的相交性來生成三角形網(wǎng)格，通過控制生成球半徑的大小來控制網(wǎng)格的精度，生成不同精細程度的網(wǎng)格模型；同時還提出了一種基于頂點的區(qū)域擴展方法，首先選擇一個種子頂點進行擴展，形成圍繞此頂點的三角形環(huán)或三角形扇，同時將新頂點加入波前點鏈表中，然后依次從波前點鏈表中取出一點進行擴展，形成三角形環(huán)，直到波前點鏈表為空為止。此方法可以極大地降低網(wǎng)格三角形面的自交和孔洞的生成。在網(wǎng)格優(yōu)化階段，通過定義網(wǎng)格優(yōu)化元操作，每次

4、選擇具有網(wǎng)格最小形狀因子的網(wǎng)格元素對其執(zhí)行優(yōu)化操作，降低網(wǎng)格的復(fù)雜度，優(yōu)化網(wǎng)格質(zhì)量。最后在基于本文提出算法的基礎(chǔ)上設(shè)計并實現(xiàn)了一個點云的三維重建系統(tǒng)，能對各種不同格式的點云進行處理，具有較好的擴展性。通過對不同點云模型的測試，驗證了算法的可行性和有效性。
　　基于上述方法開發(fā)的三維重建系統(tǒng)可以很好應(yīng)用在人體建模、物體建模等游戲場景開發(fā)中，能夠快速而準確地完成由點云直接生成計算機模型。同時也能夠應(yīng)用在其他方面比如仿真、醫(yī)療、文物復(fù)原