三維幾何跟蹤及應(yīng)用.pdf

1、隨著數(shù)字采集設(shè)備的普及和多樣化，人們越來越關(guān)注如何從所采集的數(shù)據(jù)中去定位、分析三維物體的形狀與運(yùn)動，即所謂的三維幾何跟蹤問題。三維幾何跟蹤問題是計算機(jī)視覺、計算機(jī)圖形學(xué)中的重要問題，是三維動態(tài)幾何重建的核心與基礎(chǔ)，在虛擬現(xiàn)實、人機(jī)交互、游戲、電影等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。近些年來，三維幾何跟蹤技術(shù)有了較大程度的發(fā)展，涌現(xiàn)了許多方法，能夠準(zhǔn)確跟蹤并重建場景。然而，這些方法常常依賴于高質(zhì)量數(shù)據(jù)輸入或者復(fù)雜的設(shè)備配置，不利于在一般用戶中進(jìn)行推廣。

2、r>　　基于上述研究背景和現(xiàn)狀，本文研究了如何利用目前已有的一般數(shù)據(jù)采集設(shè)備，諸如網(wǎng)絡(luò)攝像頭或者Kinect深度相機(jī)等，對真實場景中的三維物體進(jìn)行跟蹤，并恢復(fù)其三維形狀和運(yùn)動。這些數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸入往往包含不同的信息:如顏色信息、深度信息等，被跟蹤物體也具有不同的運(yùn)動特性。本文從應(yīng)用領(lǐng)域出發(fā)，針對不同的輸入和不同物體的特點，對三維幾何跟蹤問題進(jìn)行探索，取得研究成果如下:
　　提出一個基于八叉樹和剛體迭代近鄰跟蹤技術(shù)的實時大尺度室內(nèi)

3、場景跟蹤和重建算法。此算法將場景數(shù)據(jù)表示成基于八叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的符號距離場，并提出基于八叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重建更新和表面預(yù)測算法。此算法充分考慮了進(jìn)行算法更新時在GPU中并行地對八叉樹進(jìn)行各項操作，在保證節(jié)省GPU存儲資源的同時兼具高效的運(yùn)算效率。鑒于八叉樹結(jié)構(gòu)的引入，此算法可以在有限的GPU顯存資源下達(dá)到較以往方法更高的重建精度，從而使得場景的跟蹤過程更加穩(wěn)定，提高了三維重建系統(tǒng)的實用性和易用性。
　　提出一個基于視頻的人臉表情實時跟

4、蹤和動畫算法。該算法利用支撐向量機(jī)和局部二值模式特征構(gòu)建分類器分析視頻中的人臉表情狀態(tài)，同時結(jié)合視頻中人臉的特征點，設(shè)計了一種狀態(tài)可知的人臉表情跟蹤算法，估計視頻中人臉的位置、朝向，以及各種表情中人臉表情基的系數(shù)。利用這些姿態(tài)和表情系數(shù)信息，將跟蹤結(jié)果映射到虛擬面部模型，實現(xiàn)實時的臉部表情驅(qū)動動畫。該算法充分考慮了人臉表情狀態(tài)高層語義的跟蹤，這使得此算法生成的動畫較以往算法在表情的模擬上更加的生動真實。
　　針對三維重建過程中近似

5、剛性物體會發(fā)生輕微形變的特點，提出一種近似剛性物體的跟蹤、重建框架和算法。該算法采用一種模型到部分(model-to-part)的機(jī)制將新的深度數(shù)據(jù)的采樣結(jié)點集成到形變圖中。在擬剛性假設(shè)之下，該模型到局部機(jī)制能夠使形變圖做出非剛體形變以避免幾何跟蹤過程中明顯的累積誤差，同時還能隱式地達(dá)到重建過程中閉合回路的效果?；谠撍惴ǎ页饦?gòu)建了一個人體重建系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠方便地重建出高質(zhì)量人體模型。
　　提出一種基于單個視頻和深度相機(jī)的人體