用多边形和栅格混合表示室内场景的研究

【摘要】： 利用激光雷达扫描获取到的深度数据进行场景的三维重建在数字考古、数字娱乐等许多领域都具有广泛的应用前景。基于雷达数据的三维重建一直是光学传感应用研究中的重要课题,近年来也吸引了越来越多人的研究兴趣。 本文通过对激光雷达数据的特征进行分析,结合对三维重建原理和技术的了解,实现了室内环境的构建。将工作主要分为了五部分:数据的采集、数据的预处理、深度数据的配准、表面的网格重构和融合、利用多边形和长方体简化网格。本文的主要研究内容如下: 1.利用实验室的激光雷达对室内环境进行扫描,得到包含距离信息的二维矩阵。由于环境和机器本身的影响,在采集过程中不可避免地引入噪声,考虑雷达数据的特殊性,本文首先利用柱状图分割距离区域,然后对不同区域分别利用中值滤波进行除噪。 2.本文选用了经典的ICP算法,将不同视点下采集到的距离数据配准到同一个坐标系下。为了提高配准速度,本文在参考一些改进算法的基础上提出了先进行粗略配准的思想来减少配准点对的数量和迭代次数。利用四元表达式计算旋转参数R和平移参数t,完成配准工作。 3.考虑到雷达数据所含的结构信息,本文先利用三角形网格来逼近配准后的数据点所形成的表面并设计了一种数据结构来存储这些三角形。对不同视点下的数据进行冗余和拼接操作。首先确定重叠部分,将各个视点的重叠区域删除;然后确定拼接算法完成网格整合。 4.本文提出了一种新的场景表示方法:利用多边形网格和三维栅格来简化场景模型,加快场景的绘制速度,节省存储空间。