基于彩色光度立體法的非剛性體三維數(shù)字化研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展,非剛性體的三維重建技術(shù)在電影特效、三維游戲、人機交互等越來越多的領(lǐng)域被得以關(guān)注,其研究意義與商業(yè)價值逐漸凸顯出來。但因非剛性體具有物理特性復(fù)雜,容易形變等特點,傳統(tǒng)的三維重建方法對其表面的恢復(fù)是非常困難的。本文從傳統(tǒng)光度立體法著手,通過對光度模型與相機模型的深入分析,提出一種基于彩色光度立體法的非剛性體三維重建方法,實現(xiàn)了對單色以及彩色花紋的非剛性體的三維重建。此外,為得到完整的三維數(shù)字化模型,本文對三維點云的拼接

2、技術(shù)也做出了一定的研究。主要工作總結(jié)如下:
 ?。?)單色非剛性體三維數(shù)字化。傳統(tǒng)光度立體法在三維重建的過程中需要分時采集至少三幅圖像,因此不能用于隨時都可能發(fā)生形變的非剛性體。為了解決這個問題,首先建立了由三基色(R、G、B)組成的彩色光度立體系統(tǒng),由于單色物體上被彩光投射的顏色都可以被線性的分解到三基色上,所以在此環(huán)境中只需一幅圖像就可以實現(xiàn)重建,從而可實現(xiàn)對非剛性體視頻序列中每幀圖像的三維重建。其次,利用采樣球?qū)嵗?qū)動的方法

3、建立起亮度與法向量的對應(yīng)關(guān)系,并以此計算出每一點所對應(yīng)的法向量。最后通過幾何約束實現(xiàn)從法向量到深度值的求解,最終得到被測物體的2.5維點云數(shù)據(jù)。
 ?。?)彩色花紋非剛性體三維數(shù)字化。針對光度立體法的研究大多只停留在單色物體上這一缺點。本文對上述方法做了改進以適用于彩色花紋的非剛性三維重建。首先,對于雙色花紋物體,通過區(qū)域分割的方法將被測物體和采樣球都分割成兩個不同區(qū)域,根據(jù)采樣球建立具有不同區(qū)域的兩種關(guān)系,并把這種關(guān)系運用在相對

4、應(yīng)的被測物體區(qū)域上。其次,對于多色花紋物體,通過不同顏色花紋在白光下的反射系數(shù)比將彩色區(qū)域替換成與純色采樣球顏色一致時的對應(yīng)亮度,實現(xiàn)了對其三維數(shù)字化。
 ?。?)全局點云拼接。為得到完整的重建模型,本文對全局圖像的采集以及點云拼接技術(shù)做了一定的研究。首先采用四個不同視角的相機對被測物進行分時輪轉(zhuǎn)采集,并根據(jù)上述方法求解出對應(yīng)2.5維點云數(shù)據(jù)。然后對得到的四組點云數(shù)據(jù)采用相鄰輪廓之間約束進行粗拼接。最后對粗拼接的結(jié)果采用ICP算法

5、進行精確拼接,最終得到一個全局的三維點云數(shù)據(jù)。
  本文以非剛性體中最典型的布料作為實驗對象。仿真和實驗結(jié)果表明,彩色光度立體法可以實現(xiàn)非剛性體視頻序列的三維重建,不僅速度快,而且精度較好。由于采樣球求解亮度與法向量之間對應(yīng)關(guān)系的方法考慮到更多的反射面信息,所以求解出的關(guān)系矩陣更加準(zhǔn)確。相比單色非剛性體,彩色花紋非剛形體的重建結(jié)果精度稍差,尤其在真實環(huán)境下區(qū)域邊界處的噪點較多,但整體效果較為理想??傊疚囊暂^為簡單的方法實現(xiàn)了具

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