計算機視覺與應(yīng)用 課件 8.3 3D場景重構(gòu)

8.33D場景重構(gòu)CONTENTS目錄3D場景重構(gòu)01近年來，隨著智能手機、頭盔立體顯示等技術(shù)的發(fā)展和普及，虛擬現(xiàn)實技術(shù)取得了飛速發(fā)展。在VR技術(shù)中場景建模是最關(guān)鍵的一步。3D游戲通常采用專業(yè)三維建模軟件，如AutodeskMaya、Autodesk3dsMax等進行建模，此方法耗時耗力，所建模型為虛擬場景。對真實場景一般需要借助專業(yè)三維掃描設(shè)備，此方法測量精度高，但設(shè)備價格昂貴，不利于大范圍推廣。將多視圖三維重建技術(shù)應(yīng)用于VR，實現(xiàn)真實場景的建模直接從多個視角的2D圖像提取場景的三維信息，數(shù)據(jù)采集簡單快捷，成本低廉，但由于遮擋、光照變化、特征弱等各種因素，建模過程會出現(xiàn)噪聲、空洞等各種瑕疵。目前基于多視角圖像的三維重建算法主要有三類：基于體像素的三維重建算法；基于深度圖的三維重建算法；基于特征點生長的三維重建算法。3D場景重構(gòu)基于特征點生長的三維重建技術(shù)，通過對現(xiàn)實場景進項圖像采集，然后對多幅圖像進行特征點檢測、匹配，生成稀疏種子點云，并在此基礎(chǔ)上增加生長點有條件的初值矯正優(yōu)化等措施，提高重建的精確性，降低噪聲、空洞等引起的重建錯誤。三維場景渲染與重建是利用場景的圖形或圖像等信息渲染出特定觀測視點的場景圖像和重建出三維場景的結(jié)構(gòu)模型，它是計算機視覺中的一個重要的研究課題，開展該方面的研究對于模式識別、虛擬現(xiàn)實、探險救援、軍事偵察等都具有非常重要的意義。經(jīng)典的三維場景渲染與重建方法按照基本處理單位的不同分為：以像素點作為基本處理單位逐點進行渲染與重建，該方法獲得的渲染圖像和重建模型比較真實，但是速度較慢。以網(wǎng)格作為基本處理單位進行渲染與重建，該計算速度較快，基本能滿足實時渲染的要求，但是當(dāng)網(wǎng)格內(nèi)包含目標(biāo)邊界時導(dǎo)致渲染圖像和重建模型失真。3D場景重構(gòu)三維重建按照以下步驟來實現(xiàn)：（1）圖像獲?。涸谶M行圖像處理之前，先要用攝像機獲取三維物體的二維圖像。光照條件、相機的幾何特性等對后續(xù)的圖像處理造成很大的影響。（2）攝像機標(biāo)定：通過攝像機標(biāo)定來建立有效的成像模型，求解出攝像機的內(nèi)外參數(shù)，這樣就可以結(jié)合圖像的匹配結(jié)果得到空間中的三維點坐標(biāo)，從而達(dá)到進行三維重建的目的。（3）特征提?。禾卣髦饕ㄌ卣鼽c、特征線和區(qū)域。大多數(shù)情況下都是以特征點為匹配基元，特征點以何種形式提取與用何種匹配策略緊密聯(lián)系。因此在進行特征點的提取時需要先確定用哪種匹配方法。特征點提取算法可以總結(jié)為：基于方向?qū)?shù)的方法，基于圖像亮度對比關(guān)系的方法，基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的方法三種。（4）立體匹配：立體匹配是指根據(jù)所提取的特征來建立圖像對之間的一種對應(yīng)關(guān)系，也就是將同一物理空間點在兩幅不同圖像中的成像點進行一一對應(yīng)起來。在進行匹配時要注意場景中一些因素的干擾，比如光照條件、噪聲干擾、景物幾何形狀畸變、表面物理特性以及攝像機機特性等諸多變化因素。（5）三維重建：有了比較精確的匹配結(jié)果，結(jié)合攝像機標(biāo)定的內(nèi)外參數(shù)，就可以恢復(fù)出三維場景信息。由于三維重建精度受匹配精度，攝像機的內(nèi)外參數(shù)誤差等因素的影響，因此首先需要