基于光点阵列的三维表面数据获取技术及实现

现有的三维表面数据获取技术主要有光飞跃时间、激光扫描和结构光3种,均存在结构复杂、价格昂贵、不易使用的局限.基于光点阵列的三维数据获取完全不同于上述技术,其通过向待测物体表面投射二维光点阵列,用2个相机从不同角度获取图像,利用光点在2幅图像中的视差计算出其空间坐标.由于仅需要一次拍摄,因此可实现瞬时、动态的三维数据获取.该技术结合软件的自动配准和实时显示,可简化人工操作,实现三维测量的高速化、自动化和傻瓜化.     

一种三维物体建模和编码压缩方法

真实物体的三维建模和编码压缩是虚拟现实研究的热点问题.针对三维扫描设备采集的物体表面深度图像数据,文中提出了一种两幅深度图像的自动配准方法,以及基于回路的自动全局配准算法,可以快速、自动地配准全部深度图像,构造出逼真的三维模型.三维模型数据量大,为满足网络条件下的应用需求,文中提出了一种三维网格模型压缩编/解码方法,可编码压缩几何、拓扑和属性数据,压缩比高,并且支持递进传输.研究成果已成功应用在数字博物馆中.     

面向数字接骨板设计的长骨模型几何分析

接骨板作为一种常见的固定断骨用医疗器械,需要与骨骼密切贴合。然而目前接骨板大多依据临床经验,或者仅参考少数骨骼的几何形状进行设计,不能满足需求。因此对骨骼三维模型数据集进行分析,为接骨板系列化设计提供依据。该方法首先利用一致顶点漂移非刚体配准算法与基于拉普拉斯坐标的网格变形算法,使骨骼数据重网格化成拓扑一致的图形;再通过主成分分析、聚类分析,获得一系列“平均骨骼”。按此方法设计的接骨板,能够更好地满足与断骨的贴合性约束,达到实际应用需求。     

Direct3D文件模型

本文介绍如何使用Direct3D建模工具制作三维模型,包括模型文件格式转换、将模型加栽到程序并创建网格模型对象、提取模型材质和纹理信息以及模型渲染等,最后给出使用文件模型的几点建议。     

基于投影图像 SURF 特征提取的三维模型配准

针对传统三维模型配准方法存在对点云初始位置有一定要求、模型配准的精度有 时不高等问题,提出了一种基于三维模型投影图像 SURF 特征提取的三维模型配准方法。首先 通过扫描三维模型数据确定投影图像的范围,判断每个投影图像像素所隶属的模型网格,并求 解从投影图像到纹理图像的映射关系,从而获取二维投影图像;然后对这两幅投影图像分别进 行 SURF 特征点的选取与特征值的计算,并按 SURF 特征值进行特征匹配,再根据投影图像像 素点与三维网格端点的映射关系计算三维特征点对;最后通过匹配的特征点对求取模型变换矩 阵完成三维模型的配准。实验结果表明,该方法在配准时间变化不大的前提下,有效提高了配 准精度,并具有较好的鲁棒性。     

基于领域模型的需求获取方法

运用领域工程的思想,提出了基于领域模型的系统需求获取方法。该方法可识别应用系统中的共同特征,并抽象这些特征形成领域模型。通过领域模型,引导用户给出完整的系统需求。     

小物体三维重建中影像与几何模型的配准方法

本文提出了一种快速有效的二维影像与三维几何模型之间的配准方法。首先在平面标定板的辅助下获取所有影像的内外方位元素,其次利用少量的人工控制点做绝对定向,获取影像与三维几何模型之间的配准参数的初始值,最后利用整体互信息测度做Powell方法非线性优化,获取配准参数的精确值。实验表明,经过互信息优化可以获得子像素级的配准精度。本文的方法具有速度快、人工交互少、精度高的特点。     

基于多视角三维扫描数据的图像配准

三维激光扫描是上世纪90年代发展起来的一门新兴技术。考虑到测量设备测量范围的限制和被测物体外形复杂性等,单次扫描无法获得完整的、精确的模型。从而需要从不同的视点对被测物体进行扫描。一些高精度的扫描仪除了可以获得三维点云数据,还可以获得一种散乱的纹理图像。本文根据纹理映射的原理和逆向工程的思维,将扫描仪得到的点云数据和纹理数据通过一系列步骤提取出图像信息,再利用仿射变换的原理计算出二维投影图像的信息,然后准确地提取出二维投影图像。最后,采用基于SURF特征点提取算法,对提取出的两幅二维投影图像进行了配准。     

模型管理系统中构模知识的组织和获取方法

提出了一种构模知识的组织和获取方法。构模知识分为模型知识、领域知识和数据知识3个层次，数据知识是最底层的知识，高层知识的应用通过调用底层知识完成。模型知识和领域知识可以通过交互的方式在专家的帮助下获取，数据知识可以由系统自动获取。应用这种方法，系统能够在专家构建模型时获取构模的知识，从而使模型资源得到有效利用，并解决了模型管理系统知识获取的瓶颈问题。     

一种基于条纹扫描的结构光三维信息获取方法

提出一种基于结构光的三维信息获取方法,利用投影仪向物体投射黑色条纹,移动的条纹扫描整个物体,根据条纹在物体上的变形来估计物体的三维形状,实现了三维信息的获取。该方法仅使用投影仪和数码相机等简单设备,实现简单快速,精度相对比较高,适用范围广,可扩展性强。     

三维网格模型的边界性度量方法

在三维网格分割中,如何实现网格模型边界的自动准确分割是目前亟待解决的问题。为给自动分割提供理论依据,提出了一种新的三维网格模型表面边界性计算方法,将少量手工标注的边界点视为能量的放射源,根据能量流动原理,自动计算出其他点作为分割边界的可能性。实验表明,该方法是行之有效的,可以依据手工标注的少量边界点找到更多的真实边界点,进而为最终实现网格模型的自动分割提供可行的理论基础。     

适用于复杂三维网格模型的盲水印算法

提出一种基于奇异值分解的网格模型盲水印算法,只对网格顶点的几何数据进行处理,适用于任意拓扑结构的网格模型。奇异值分解在与网格模型几何数据局部统计特征相似的球面坐标映射方阵中进行,水印序列嵌入到方阵生成的奇异值序列中。实验结果表明,算法可抵抗平移、旋转、各向一致缩放攻击及顶点重排序攻击,对噪声攻击也具有一定的鲁棒性。     

三维虚拟物体表面重建的研究

在激光扫描共焦显微三维成像，CT成像，MRI成像，以及在图象处理和识别中，三维物体的显示是必不可少的，目前，最流行的显示方式是虚拟物体的三维重建，通常虚拟物体三维重中以采用体素级重建，可也以采用切片极重建，由于切片级重建仍需要解决物体轮廓对应，分叉曲面，轮廓拼接等关键性问题，为此，提出了一些新的方法，在这些方法中，轮廓的对应采用OR运算和AND运算来确定，如果两个轮廓的OR和ND运算结果满足预先设置的准则，则这两个轮廓相对应；分叉曲面采用数字形态学方法来分解，其由形态学方法生成的边界就是分叉曲面的分割线，轮廓拼拦则是将对应轮廓经多边形简化后，由三角形接拼法来构成表面，且三角形是根据最小轮廓跨接边准则来构建的，通过对这些方法进行的实验结果表明，理论与实际完全相符，这些方法的优点是编程简单，运算速度快。     

三维物体的形态图表达方法

三维物体的表达方法是计算机视觉中的关键问题之一，现有的各种三维物体表达方法虽然在各自的识别中得到应用，但都存在各自的局限性，用形态图表达三维物体是一种以视点为中心的表达方法，由于它列举了一个物体所有可能的“定性”形象，即它可使用最少的二维投影线图（特征视图）来表达一个完整的三维物体，因此使三维物体识别转化为2D与2D的匹配，该文首先定义了二维线图拓扑结构等价的判别准则，然后给出了构造透明物体形态图的方法，最后根据拓扑结构等价准则来得到不透明物体的形态图和特征图，并用圆锥与圆柱相交的实例进行了验证。     

一种新的三维模型水印嵌入空域算法

提出一种三维模型的仿射变换不变量——重心交点距离比(RBC),并基于该不变量提出了一种在三维模型中嵌入水印的空域方法——MICT方法.在嵌入过程中,该方法首先算出模型的重心,然后利用加速的顶点和重心连线与模型求交的方法,求得连线与模型的交点,从而计算出重心交点距离比.通过修改一个三角形面片3个顶点对应的RBC,依次嵌入Mark、Index、Content字符.为增强水印的鲁棒性,将水印字符串进行了多次嵌入.在提取过程中,为了提高字符提取的准确性,采取了投票的方法,对水印字符串的每一个字符,在256个字符中进行投票,得票最多的作为正确的字符.该方法是盲提取方法,简单实用,从理论上能够抵抗仿射变换、顶点乱序以及一定程度的噪声攻击等常见的三维模型水印攻击,并且在实验上得到验证.另外文章还对此方法的嵌入容量进行了分析和实验.     

一种面向移动3D图形的几何简化方法

移动3D图形计算是无线网络和图形学高速发展产生的新研究领域.由于无线网络带宽和移动终端设备显示分辨率的限制,需要将3D图形进行分解压缩,依据不同的分辨率进行内容转码.提出了一种基于改进Loop细分的几何模型简化算法.一个稠密的几何网格通过反复操作3个步骤：顶点分裂、奇点预测和重新三角化,生成由稀疏的基网格和一系列偏移量组成的渐进网格.在奇点预测过程中,将改进Loop细分模板作为预测器.由于Loop细分相关联的顶点数目少,提高了几何模型简化和重建的速度.渐进网格易于在无线网络上渐进传输,并可在移动终端上无损重建3D图形.实验表明,算法简单、效率高,适用于移动环境下3D图形的应用.     

一种三维实体模型的离散表示方法

在计算机中,传统的三维几何模型只能描述表面数据,要描述模型内部属性时,这种模型显得无能为力。体图形学(VolumeGraphics,简称VG)是计算机图形学中新发展起来的一个重要分支。三维模型的体素表示是体图形学中的基本方法,体素化是体图形学中一个不可缺少的前处理过程,其任务是把物体的表面几何形式表示离散成最接近该物体的体素表示形式,产生体数据集。该文将基于Z-buffer扩展的深度缓存原理扩展到x,y,z三个方向上,实现了复杂三维网格模型的体素化表示。实验表明该算法具有很高的执行效率,并且算法的复杂度不依赖于模型的复杂度。     

一种三角形网格模型数字水印算法

随着3D模型技术的发展,3D模型的版权保护问题越来越被重视.提出了一种基于三角域上V系统的3D网格模型数字水印算法.该算法首先将模型上的顶点到模型中心的距离进行三角域上的一次V变换,然后对变换后的系数进行量化来嵌入水印.由于该距离是一种全局几何特征,且算法将足够多的比特水印信息分布到模型各处,从而使得该水印方案具有一定的鲁棒性.实验结果表明该算法能够抵抗一般的平移、旋转等类型的攻击和随机噪声攻击.     

由深度数据重建三维物体的一种方法

讨论由深度数据重建三维物体的一种新方法.其基本思想是根据由基于物体旋转的主动式三角法三维信息获取系统所获取的物体深度数据作为该物体的型值点.再根据型值点进行网格划分,以便形成满足一定约束条件的空间拓扑网格.最后使用有理Bezier三角曲面片与矩形曲面片相结合的方法进行曲面拟合与逼近.