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《哈尔滨工业大学》 2011年
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基于点云的三维重建系统研究与实现

王二柱  
【摘要】:随着游戏、仿真等图形技术的不断发展,以及工业设计、模拟仿真、三维影视等对三维复杂物体模型应用需求的不断增加,关于三维模型重建的相关研究越来越受到人们的重视。而由于点云数据易于获取,存储简单方便,因此使用点云进行三维重建技术也发展迅速。 一个完整的三维重建系统通常包含以下方面:首先对点云进行预处理;然后对处理后的点云进行三角网格曲面重建,得到初始网格;最后对初始网格进行优化得到最终的三角网格,就可以被其他建模软件所使用。本文着重对这三个阶段进行了深入研究: 在点云简化阶段,在详细论述了已有方法的基础上,本文采用基于非均匀网格和曲率相结合的方法对原始点云进行精简。首先对点云计算每个点的曲率值,然后对点云进行网格细分,使得每个网格单元中点个数不大于某一阈值M,再根据单元格中点曲率值的大小和单元格大小对其按照某一规则进行精简,使得曲率较大的区域保留较多的点,并且不会在曲面平缓区域出现孔洞,对后续网格重建有很大好处。在网格生成阶段,首先对点云生成覆盖其原始表面的自适应球集合,然后计算球之间的相交性来生成三角形网格,通过控制生成球半径的大小来控制网格的精度,生成不同精细程度的网格模型;同时还提出了一种基于顶点的区域扩展方法,首先选择一个种子顶点进行扩展,形成围绕此顶点的三角形环或三角形扇,同时将新顶点加入波前点链表中,然后依次从波前点链表中取出一点进行扩展,形成三角形环,直到波前点链表为空为止。此方法可以极大地降低网格三角形面的自交和孔洞的生成。在网格优化阶段,通过定义网格优化元操作,每次选择具有网格最小形状因子的网格元素对其执行优化操作,降低网格的复杂度,优化网格质量。最后在基于本文提出算法的基础上设计并实现了一个点云的三维重建系统,能对各种不同格式的点云进行处理,具有较好的扩展性。通过对不同点云模型的测试,验证了算法的可行性和有效性。 基于上述方法开发的三维重建系统可以很好应用在人体建模、物体建模等游戏场景开发中,能够快速而准确地完成由点云直接生成计算机模型。同时也能够应用在其他方面比如仿真、医疗、文物复原展示等等。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41

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