技術(shù)報(bào)告數(shù)字媒體三維虛擬重建技術(shù)

1、計(jì)劃類別 項(xiàng)目編號(hào) 項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告課題名稱 項(xiàng)目主持人 承擔(dān)單位 題目：數(shù)字媒體三維虛擬重建技術(shù)研究計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)近年來(lái)得到快速發(fā)展，衍生的數(shù)字媒體技術(shù)也為圖像使用帶來(lái)便捷性?；诖宋恼聦?duì)數(shù)字媒體三維虛擬重建技術(shù)含義進(jìn)行了論述，結(jié)合技術(shù)使用方向重點(diǎn)探討了三維虛擬重建流程，以及技術(shù)應(yīng)用后的實(shí)驗(yàn)?zāi)M檢驗(yàn)與使用方向，幫助明確三維虛擬重建技術(shù)應(yīng)用方向和技術(shù)應(yīng)用中需要重點(diǎn)注意的內(nèi)容。關(guān)鍵詞：數(shù)字媒體；三維虛擬重建；三維影像Abstract：Computer multimedia technology has developed rapidly in recent years，and the digita

2、l media technology derived from it has brought convenience to image use.This paper introduces the concept of digital media 3D virtual reconstruction，and focuses on the 3D virtual reconstruction process based on the technology application fields，and simulation experiment tests and the application fie

3、lds after the technology application.Additionally，the paper explicates the application fields of the 3D virtual reconstruction technology and the key content about the technology application.Keywords：digital media；3D virtual reconstruction；3D image1 引言（Introduction）數(shù)字媒體屬于一種邏輯媒體，利用不同數(shù)字組成模式來(lái)傳達(dá)信息，并通過(guò)計(jì)算

4、機(jī)軟件處理來(lái)將所確定的資源轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，從而完成影像向計(jì)算機(jī)中的傳輸，通過(guò)這一技術(shù)可以完成圖像處理任務(wù)1。三維虛擬重建技術(shù)，能夠根據(jù)所得到的少數(shù)資源來(lái)確定需要的圖像信息。這一過(guò)程涉及轉(zhuǎn)變、圖像處理等多種技術(shù)，對(duì)圖層分析和信息之間轉(zhuǎn)換的要求都非常高。當(dāng)進(jìn)入到理想設(shè)計(jì)控制狀態(tài)下，三維資源能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)虛擬重建。該項(xiàng)技術(shù)在影片制作和醫(yī)學(xué)方面都十分常用，目前比較常用的處理技術(shù)包括3DMAX、Maya、AutoCAD、UG。數(shù)據(jù)信息應(yīng)用過(guò)程中所構(gòu)建的信息捕捉點(diǎn)均表示不同效果，會(huì)通過(guò)數(shù)學(xué)坐標(biāo)分析來(lái)確定數(shù)據(jù)信息范圍，構(gòu)建的運(yùn)算體系結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件處理技術(shù)共同完成最終的審核目標(biāo)，達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)獲取、處理、分析的

5、最終效果2。2 基于數(shù)字媒體的三維虛擬重建尺度不變特征變化技術(shù)（3D virtual reconstruction technology scaleinvariant features change based on digital media）2.1 特征屬性判斷對(duì)三維圖像中的特征屬性進(jìn)行判斷，整合到相關(guān)歸屬范圍內(nèi)，觀察是否在特征提取過(guò)程中存在遺漏部分，并通過(guò)建立數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)來(lái)對(duì)信息準(zhǔn)確程度進(jìn)行檢驗(yàn)，基于尺度不變的前提進(jìn)行特征變化提取，所面對(duì)的數(shù)據(jù)信息特征也存在很大變化。掌握這種變化規(guī)律，如圖1中的信息提取模式，特征屬性判斷在清晰程度上有很大不同。圖1（a）中的圖像處于最清晰階段，調(diào)整高斯尺

6、度空間來(lái)使圖像在清晰程度上有所改變，進(jìn)入到模糊處理階段。經(jīng)過(guò)模糊處理的圖像所需要的提取的信息數(shù)量也因此改變，僅需要掌握少量特征因素并能實(shí)現(xiàn)更深層次的控制目標(biāo)，將不同模糊效果的圖像特征進(jìn)行屬性劃分3。主要從三方面進(jìn)行，即位置、尺寸、方向。掌握這三個(gè)基本特征屬性后，信息提取也能更高效進(jìn)行。圖像的模糊處理與本身畫(huà)質(zhì)有直接關(guān)系，通過(guò)這種處理來(lái)營(yíng)造出不同的視覺(jué)效果，幫助提升最終設(shè)計(jì)方案中的使用效果。將整體畫(huà)面進(jìn)行采樣區(qū)域劃分，按照梯形排列方法觀察最終的分析處理結(jié)果穩(wěn)定性，在每一個(gè)梯度內(nèi)選擇36條直方條，在方條基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行屬性判斷和特征提取。根據(jù)所提取到的數(shù)據(jù)信息來(lái)建立矩陣，方便對(duì)三維虛擬重建資源全面分析

7、。圖2中所表示的內(nèi)容為高斯金字塔圖像，表現(xiàn)三維圖像數(shù)字信息之間的構(gòu)建關(guān)系，以及兩個(gè)相鄰尺度之間圖像變化關(guān)系。確定這一圖像構(gòu)成模式也十分重要，關(guān)系到最終的數(shù)字信息應(yīng)用形式。2.2 重建過(guò)程中的參數(shù)標(biāo)定對(duì)于三維虛擬重建技術(shù)，進(jìn)入到數(shù)據(jù)處理組合階段需要結(jié)合參數(shù)標(biāo)定結(jié)果來(lái)進(jìn)行，對(duì)所存在的各項(xiàng)任務(wù)加以分析處理。首先需要建立一個(gè)三維坐標(biāo)，觀察數(shù)據(jù)信息在高斯金字塔中的具體對(duì)應(yīng)位置。攝像過(guò)程中所捕捉到的信息可能存在誤差損失，對(duì)此建立一個(gè)三維模型，將三維模型與二維模型相互結(jié)合，建立一個(gè)數(shù)字矩陣，將數(shù)據(jù)規(guī)劃到對(duì)應(yīng)的矩陣位置。攝像過(guò)程操作煩瑣，任何操作環(huán)節(jié)出現(xiàn)誤差都會(huì)造成最終參數(shù)信息不準(zhǔn)確現(xiàn)象的發(fā)生。有關(guān)于當(dāng)前常見(jiàn)

8、的技術(shù)性問(wèn)題，建立如下矩陣關(guān)系：矩陣關(guān)系分析需要結(jié)合圖3中的攝像關(guān)系原理進(jìn)行。兩者之間對(duì)應(yīng)分析，其中各個(gè)點(diǎn)所表述的數(shù)據(jù)直接對(duì)應(yīng)到矩陣中。圖3所示的攝像機(jī)算法模型，其中M點(diǎn)用（X，Y，0）表述，可以是模板中所選擇的任何一個(gè)參照點(diǎn)，根據(jù)不同需求來(lái)改變最終參照點(diǎn)所在位置。上述等式右邊第一個(gè)矩陣所表示內(nèi)容為內(nèi)參數(shù)（Intrinsic Parameter Matrix），第二個(gè)矩陣則表示外參數(shù)矩陣（Extrinsic Parameter Matrix）標(biāo)定模板上的一點(diǎn)。重建過(guò)程中分別提取出不同的點(diǎn)，將點(diǎn)Z假設(shè)為0。矩陣中的m（u，v）對(duì)應(yīng)圖像中的M點(diǎn)，并表示M點(diǎn)中所表示的數(shù)據(jù)結(jié)果，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)

9、結(jié)果內(nèi)容分析，確定不同的關(guān)系點(diǎn)和所在位置的具體像素變化。 3 基于數(shù)字媒體的三維虛擬重建過(guò)程（3D virtualreconstruction based on digital media）3.1 文本處理對(duì)象確定三維虛擬重建是針對(duì)文本圖像信息資源進(jìn)行的，對(duì)攝像機(jī)角度進(jìn)行調(diào)整，旋轉(zhuǎn)成為適合的角度后在此范圍內(nèi)提取信息。計(jì)算機(jī)的圖像處理速度有限，在有限范圍內(nèi)降低信息處理對(duì)數(shù)字資源的損耗，節(jié)省大量運(yùn)算空間，從而達(dá)到信息處理速度提升效果。虛擬技術(shù)會(huì)首先捕捉信息資源，提取出對(duì)三維虛擬重建技術(shù)應(yīng)用有利的信息環(huán)境，重新組成信息排列形式，充分觀察各個(gè)系統(tǒng)之間的有效使用模式，并結(jié)合矩陣來(lái)開(kāi)展數(shù)形結(jié)合分析。將空間

10、體系定位在平面模板內(nèi)，所選取的數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)應(yīng)相關(guān)的坐標(biāo)軸。在計(jì)算機(jī)軟件中，計(jì)算相對(duì)模板之間的坐標(biāo)系三軸的歐拉角為、，這里、分別對(duì)應(yīng)x、y、z三軸。標(biāo)定求得以下公式：將公式結(jié)合矩陣中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，并整理成為方便計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)開(kāi)展的運(yùn)算公式體系，在此基礎(chǔ)上所開(kāi)展的信息內(nèi)容可以整理成為：上述公式在實(shí)踐應(yīng)用中可以表示不同變化，并通過(guò)改變最終系統(tǒng)之間的聯(lián)系點(diǎn)來(lái)完成內(nèi)容優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)通過(guò)虛擬仿真技術(shù)來(lái)構(gòu)建出三維重建系統(tǒng)，在信息捕捉基礎(chǔ)上對(duì)虛擬重建內(nèi)容進(jìn)一步完善。3.2 處理速度測(cè)試處理文本圖像信息過(guò)程中，在速度和效率上均應(yīng)該達(dá)到所設(shè)計(jì)規(guī)劃效果。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)觀察數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中是否能達(dá)到最佳處理效果，以

11、及相關(guān)信息中的影響因素，探討規(guī)劃處問(wèn)題解決方案才能在最終設(shè)計(jì)結(jié)果上與三維虛擬重建保持一致。各個(gè)系統(tǒng)之間相互配合，并結(jié)合技術(shù)方法來(lái)構(gòu)建適合的工作模式，也是解決當(dāng)前問(wèn)題的有效方法。處理速度測(cè)試需要連續(xù)進(jìn)行，保障所應(yīng)用測(cè)試方法在連續(xù)性上與實(shí)際信息捕捉相貼近4。計(jì)算機(jī)軟件中自身能夠安裝一些加速操作裝置，通過(guò)這些裝置模擬來(lái)幫助完善所遇到的問(wèn)題，從而達(dá)到更理想的控制管理效果。速度測(cè)試和各項(xiàng)功能完善，也均需要建立在這樣的環(huán)境體系下。有關(guān)于設(shè)計(jì)計(jì)劃和工作內(nèi)容中存在的問(wèn)題，將其平均劃分到具體區(qū)域內(nèi)，構(gòu)建出適合的三維影像播放的體系。圖4中所表示的內(nèi)容分別建立在271與943兩個(gè)點(diǎn)中，在這一范圍內(nèi)進(jìn)行有關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)部

12、完善的數(shù)據(jù)采集模式，展開(kāi)對(duì)數(shù)據(jù)信息處理速度的全面測(cè)評(píng)。測(cè)評(píng)是根據(jù)實(shí)際信息檢測(cè)任務(wù)進(jìn)行的，具有真實(shí)意義，但在其中更涉及圖像的連續(xù)性，因此測(cè)評(píng)也要從連續(xù)性層面展開(kāi)。通過(guò)圖4可以發(fā)現(xiàn)，其中前者在處理運(yùn)算信息速度和時(shí)間上，每幀可以達(dá)到978ms，而其中后者在處理運(yùn)算時(shí)間上可以達(dá)到2121ms。測(cè)試結(jié)果顯示兩者在時(shí)間上存在很大差異性，造成這一現(xiàn)狀的主要原因與環(huán)境因素有直接關(guān)系?；跀?shù)字媒體下所開(kāi)展的測(cè)評(píng)任務(wù)，更要體現(xiàn)出環(huán)境虛擬性。綜合兩項(xiàng)測(cè)試結(jié)果共同分析，在三維虛擬信息處理連續(xù)性上仍然有待于提升。當(dāng)前技術(shù)能夠做到的連續(xù)性并不理想，浪費(fèi)信息處理時(shí)間。只有充分提升最終的處理效果，才能在三維虛擬重建技術(shù)中提升

13、圖像質(zhì)量。4 基于數(shù)字媒體的三維虛擬重建技術(shù)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用（Experiment and application of 3d virtualreconstruction based on digital media）4.1 三維虛擬重建技術(shù)實(shí)驗(yàn)對(duì)虛擬技術(shù)重建進(jìn)行全面分析，并制定出適合的評(píng)價(jià)體系，觀察發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)存在影響重建效率的因素，可以結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件來(lái)控制解決，從而確保技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的各個(gè)系統(tǒng)安全性。理論與實(shí)踐信息之前的相互結(jié)合，要盡可能達(dá)到需求標(biāo)準(zhǔn)，觀察在信息處理運(yùn)算能力上是否可以達(dá)到最佳效果，多個(gè)控制模塊之間相互協(xié)調(diào)進(jìn)行。為驗(yàn)證技術(shù)應(yīng)用效果，首先在虛擬模板中構(gòu)建一個(gè)物體，并通過(guò)物體在模板中所呈現(xiàn)

14、的不同影響來(lái)分析影響作用。將多種體系之間相互結(jié)合，共同形成一個(gè)三維影像構(gòu)建體系。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中模擬真實(shí)的三維虛擬影響構(gòu)建形式，重點(diǎn)針對(duì)數(shù)據(jù)信息處理時(shí)間進(jìn)行判斷分析，并觀察所開(kāi)展各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)劃中是否能夠達(dá)到最佳效果。驗(yàn)證不同種模式下的三維影響效果，分別選擇不同圖片來(lái)檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)所模擬應(yīng)用的算法在實(shí)際使用中也要得到這一效果，更積極配合控制方案來(lái)協(xié)調(diào)所遇到的問(wèn)題，規(guī)避問(wèn)題的發(fā)生。增加圖像后，在相關(guān)信息影響程度上也會(huì)因此下降，在選擇圖像中盡可能保持差異性，這樣實(shí)驗(yàn)所檢測(cè)得到的結(jié)果在信息穩(wěn)定程度上才會(huì)更加一致。4.2 三維虛擬構(gòu)建技術(shù)應(yīng)用該技術(shù)常應(yīng)用在一些圖像虛擬化過(guò)程中，在不影響圖像傳達(dá)信息的前提下，提取其中

15、的重要信息資源，構(gòu)建一個(gè)適合虛擬化技術(shù)應(yīng)用的模式，并將所提取到的重點(diǎn)信息資源之間相互聯(lián)系，共同建立構(gòu)建環(huán)境5。將構(gòu)建環(huán)境與其他內(nèi)容體系之間相互結(jié)合，所得到的信息使用環(huán)境在功能上也能達(dá)到一致。虛擬不僅能夠根據(jù)已有圖像來(lái)深度完善優(yōu)化，更能在虛擬出信息的基礎(chǔ)上，構(gòu)造一份需要的視覺(jué)圖像，從而起到對(duì)圖像畫(huà)面信息的一個(gè)補(bǔ)充，觀看期間才能達(dá)到三維效果。圖5是利用三維虛擬重建技術(shù)后，相機(jī)捕捉影響后內(nèi)部參數(shù)體系中的變化情況。充分協(xié)調(diào)好當(dāng)前常用的技術(shù)方法，并結(jié)合所遇到的穩(wěn)定性影響因素來(lái)判斷三維影像受環(huán)境影響所造成的不同程度的損失，在此基礎(chǔ)上來(lái)開(kāi)展圖像捕捉設(shè)備的內(nèi)部調(diào)節(jié)，在清晰程度和畫(huà)面感方面均能得到明顯提升，所構(gòu)

16、建出的圖像在使用效率方面也會(huì)得到明顯提升。三維虛擬重建技術(shù)可以針對(duì)設(shè)備內(nèi)部環(huán)境檢驗(yàn)，應(yīng)用范圍十分廣泛。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，在應(yīng)用前景和范圍方面還會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大，這也是技術(shù)應(yīng)用中會(huì)重點(diǎn)針對(duì)完善的部分6。基于數(shù)字媒體環(huán)境下應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，計(jì)算機(jī)軟件模擬運(yùn)算功能會(huì)有明顯提升，但在不同圖像處理方面上仍然會(huì)出現(xiàn)功能方面誤差，運(yùn)算處理時(shí)間同樣會(huì)產(chǎn)生差異性，這些內(nèi)容均為當(dāng)前需要重點(diǎn)協(xié)調(diào)解決的部分。5 結(jié)論（Conclusion）運(yùn)用SIFT特征算法代替張正友法使用的角點(diǎn)算子進(jìn)行匹配，使得無(wú)須特制用于標(biāo)定的模板圖像，就可提高其靈活性。實(shí)驗(yàn)表明，得益于SIFT算子在視頻圖像下的優(yōu)秀不變性，任何具有穩(wěn)定特征的圖像都可以用于攝像機(jī)標(biāo)定，改進(jìn)后的張正友標(biāo)定法大大提升了其實(shí)用性，并且仍然保持了較高的精度。此外，由于SIFT算法良好的改進(jìn)潛力，利用其改進(jìn)算法國(guó)外研究學(xué)者提出的SURF和PCASIFT，可以進(jìn)一步提高運(yùn)行效率，對(duì)于攝像機(jī)視頻場(chǎng)景的實(shí)時(shí)三維重建具有非常重要的意義。參考文獻(xiàn)（References）1 仇飛，曾志剛，劉戈三.MoCo與三維軟件中攝影機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡的結(jié)合應(yīng)用研究J.現(xiàn)代電影技術(shù)，2017（7）：19-24.2 張貝貝.虛擬交互技術(shù)應(yīng)用在數(shù)字媒體本科專業(yè)中的教學(xué)研究以視覺(jué)構(gòu)成原理課程為例J.藝術(shù)科技，2017（4）