三維場景建模關鍵技術研究.pdf

1、三維場景建模一直以來都是計算機圖形圖像處理和計算機視覺中最活躍的研究領域之一。它在工業(yè)設計與制造、娛樂、教育、視聽藝術及軍事等方面都有廣泛的應用。研究人員對三維場景建模做了很多的探索，在這些工作中如下的兩方面非常具有代表性。一方面是基于圖像的三維場景建模。由于它直接以從真實場景獲得的圖像為基礎生成虛擬場景，因而它產(chǎn)生的場景逼真、自然?；趫D像的場景建模通常包括特征提取與匹配、相機標定、立體匹配、深度恢復和深度插值等關鍵組成部分。另一方面

2、是三維場景的自動創(chuàng)建。由于它融入人工智能領域的相應知識到三維場景創(chuàng)建過程中，提高了場景的智能化創(chuàng)建程度，因而它使得三維場景建模更加方便和高效。三維場景自動創(chuàng)建的關鍵在于通過空間推理等有效的方法確定場景中對象的布局。
　　 本文針對以上具有代表性的兩種三維場景建模方法進行研究，研究解決其中的關鍵技術問題，包括相機標定方法、特征描述方法，以及三維空間中的定性空間關系的描述與推理、含空間推理的對象布局算法，研究含空間推理的三維場景自動

3、構建的框架體系等，通過解決這些關鍵技術問題為三維場景建模提供支撐。
　　 本文的主要工作及創(chuàng)新點如下：
　　 1．提出一種在線重標定的框架。該方法分為初始標定和重標定兩個階段。除初始標定階段需要使用標定模板外，針對同一場景所做的重標定不再需要使用標定模板，因而不需中斷在線任務的執(zhí)行。能自動維持計算機視覺和攝影測量任務中的相機標定。并且在時間效率和精確性方面，相比在線自標定方法，取得更好的性能。
　　 2．提出帶有

4、旋轉角策略的改進的基于旋轉運動的自標定方法。該方法考慮了相機旋轉過程中的平移。在標定之前先計算了相機不同旋轉方位之間的旋轉角，然后在不同的旋轉角情形下使用不同和非常合適的策略進行自標定。相比基于相機純旋轉運動的自標定方法，該方法獲得了更高的標定精度，由此產(chǎn)生了更好的標定結果。
　　 3．提出一種基于SIFT的特征描述符框架。通過將顏色和全局信息合成到SIFT描述符中，提高特征描述符的特異性和魯棒性，減少特征匹配時的失配。其中，使

5、用對數(shù)極坐標直方圖分別構建了框架中的三個顏色不變性分量和全局分量。在構建特征點描述符過程中，通過為每一個特征點計算和使用橢圓鄰域，使描述符框架對通常的圖像仿射變換保持了良好的不變性。
　　 4．研究三維空間下的定性空間描述和推理，提出了一個以場景的文本描述作為輸入，基于Maya的含空間推理的三維場景自動創(chuàng)建方法及其框架。該方法最關鍵之處在于給出了含空間推理的對象布局決定算法，該算法對從場景描述文本中抽取的定性空間方位關系進行了定