基于點(diǎn)云的三維重建系統(tǒng)研究與實(shí)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(jì)、模擬仿真、三維影視等對(duì)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(lái)越受到人們的重視。而由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)易于獲取，存儲(chǔ)簡(jiǎn)單方便，因此使用點(diǎn)云進(jìn)行三維重建技術(shù)也發(fā)展迅速。
　　一個(gè)完整的三維重建系統(tǒng)通常包含以下方面：首先對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行預(yù)處理；然后對(duì)處理后的點(diǎn)云進(jìn)行三角網(wǎng)格曲面重建，得到初始網(wǎng)格；最后對(duì)初始網(wǎng)格進(jìn)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(duì)這三個(gè)階段進(jìn)行了深入研究：
　　在點(diǎn)云簡(jiǎn)化階段，在詳細(xì)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(duì)原始點(diǎn)云進(jìn)行精簡(jiǎn)。首先對(duì)點(diǎn)云計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的曲率值，然后對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)分，使得每個(gè)網(wǎng)格單元中點(diǎn)個(gè)數(shù)不大于某一閾值 M，再根據(jù)單元格中點(diǎn)曲率值的大小和單元格大小對(duì)其按照某一規(guī)則進(jìn)行精簡(jiǎn)，使得曲率較大的區(qū)域保留較多的點(diǎn)，并且不會(huì)在曲面平緩區(qū)域出現(xiàn)孔洞，對(duì)后續(xù)網(wǎng)格重建有很大好處。在網(wǎng)格生成階段，首先對(duì)點(diǎn)云生成覆蓋其原始

3、表面的自適應(yīng)球集合，然后計(jì)算球之間的相交性來(lái)生成三角形網(wǎng)格，通過(guò)控制生成球半徑的大小來(lái)控制網(wǎng)格的精度，生成不同精細(xì)程度的網(wǎng)格模型；同時(shí)還提出了一種基于頂點(diǎn)的區(qū)域擴(kuò)展方法，首先選擇一個(gè)種子頂點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，形成圍繞此頂點(diǎn)的三角形環(huán)或三角形扇，同時(shí)將新頂點(diǎn)加入波前點(diǎn)鏈表中，然后依次從波前點(diǎn)鏈表中取出一點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，形成三角形環(huán)，直到波前點(diǎn)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(guò)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(duì)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(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)點(diǎn)云的三維重建系統(tǒng)，能對(duì)各種不同格式的點(diǎn)云進(jìn)行處理，具有較好的擴(kuò)展性。通過(guò)對(duì)不同點(diǎn)云模型的測(cè)試，驗(yàn)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(chǎng)景開發(fā)中，能夠快速而準(zhǔn)確地完成由點(diǎn)云直接生成計(jì)算機(jī)模型。同時(shí)也能夠應(yīng)用在其他方面比如仿真、醫(yī)療、文物復(fù)原