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《上海交通大学》 2015年
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基于单一二维照片的三维模型重建研究

胡畔  
【摘要】:随着软件技术的不断发展和硬件性能的不断提高,现代计算机已经具备了快速渲染包含丰富三维模型的大规模三维场景的能力。无论是传统的三维游戏,还是近年来越来越普及的在线三维漫游展示系统,都需要大规模的三维场景。因此,如何能够快速有效地进行大规模的三维建模,如何能将模型建立的过程从完全的手工操作变为半自动化甚至自动化操作,也就具有相当的理论意义和实践价值。三维物体的手工建模需要相当的专业知识,一个模型从形状的建立、修改到添加纹理和材质,费时费力。如果能从二维的照片中自动或者半自动地获取和重建三维的模型,不仅可以大大提高建模的效率,实现快速的大规模三维建模,还可以使得非专业人员进行三维建模成为可能。事实上,从二维照片中获取三维模型正是计算机图形学和计算机辅助设计领域中一个非常常见和普遍的问题。本文对这一问题的解决作了深入的研究和探讨,提出了自己的建模方法和框架,试图为大规模的自动化建模提供一个可行的解决思路和研究方向。具体来说,本文的主要贡献列举如下。1.本研究在已有的基于图片的三维建模研究的基础上,创新性地将传统计算机辅助设计的基本操作,即拉伸、放样、旋转和扫掠,融入到三维模型重建的算法中来,同时结合当前较为先进的图像边缘点拾取算法、离散点拼接算法和拟牛顿数值优化的方法,为各种常见三维图元的重建提供支持。与以往的单张照片三维模型抠取系统不同的是,本论文中实现的系统不仅支持底面或结构较为简单的三维几何图元,也支持许多较为复杂的几何图元。2.在有了这些三维图元之后,系统不仅支持对单个图元进行放缩、旋转、移动等编辑操作,还为多个不同三维图元的拼接和组合提供了支持。这是因为实际生活中很多物件不能由单个三维图元来简单表示,而是由多个部分组成的。通过将几何图元拼接起来,本系统可以支持不少生活中常见物体的三维建模和编辑。3.本论文中还将本方法与已有的同类三维建模方法进行了较为详细和深入的比较和分析,并对基于自动景深估算的三维模型抽取算法进行了可行性方面的初步探索和讨论。总而言之,通过使用本研究提供的建模工具,非专业人士也可以十分迅速地从单张二维照片中抽取出想要的完整三维模型,使得模型的投影与照片吻合,并对其进行随心所欲的编辑和使用。这就为大规模自动化的三维建模提供了一个新的解决思路和实现路径。例如,本系统可以与当前发展日臻成熟的在线三维漫游系统或三维展示系统进行集成,为这些系统提供大量的基础三维模型。在未来,我们考虑支持更多更为复杂的几何图元,以使更多实际物体的三维建模成为可能。另外,考虑照片中物体背面纹理信息的缺失,如果能使用一个具备完整外观和几何信息的三维模型数据库作为支持,那么物体背面的纹理将可以得到有效的补全。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP391.41

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