基于层次结构的 3D 室内场景结构重组

室内场景，连同建筑和植物，是构成人类生存环境的三大重要因素。但是，目前可获取的三维室内场景并不像 人们期望的那样是经过了合理性语义层面上的分割，而是存在着大量的拓扑结构上的错误。这些拓扑错误是由模型重用 产生的碎片以及模型转换中导致的信息缺失等因素造成的。本文通过考虑拓扑结构关系(支撑关系和主次关系)以及几何 关系(对称、对齐、相交、连接等)，循环迭代地利用图割方法，构建了一个具有层次结构的场景树。该层次结构树对场 景进行了层级的重整，用户可以根据需要得到不同细节层次上的有意义的语义分割，从而纠正了原有模型拓扑结构上的 错误，为进一步的场景编辑提供了便利。     

基于相关型图像传感器3维人脸成像的3维AAMs人脸识别方法的研究

主动外观模型是基于统计分析建立物体2维模型的有效方法,它融合了目标的形状和纹理信息。在基于相关型图像传感器3维人脸成像的基础上,提出了一种建立3维人脸模型的方法,该方法利用由相关型图像传感器得到的深度信息和与之对应的亮度信息将2维AAMs扩展为3维AAMs,融合人脸的形状,纹理和深度信息来构建3维人脸模型。人脸识别实验结果表明,该方法在不同人脸姿态,表情和光照条件下识别效果要优于Eigenface和2维AAMs。     

采用草绘轮廓的3维人脸建模方法

为方便用户进行3维人脸形状设计,提出一种基于手绘轮廓的3维人脸建模方法。该方法的主要特点在于,一方面,引用姿态估计技术对人脸草图进行解析,将用户绘制的侧视人脸草图转换成对应的正视人脸草图,可支持用户选择多个视角绘制人脸;另一方面,采用多层映射机制建立人脸草图特征点与3维人脸特征点之间的一一对应关系,由对应特征点之间的形变量来控制生成3维人脸,保证草图笔画的几何形状信息能有效映射到3维模型中。实验结果表明,文中方法能快速生成形状新颖的特定人脸,可有效支持用户进行3维人脸形状的手绘建模。     

基于单幅折反射全向图的水平直线3维重建

与传统的利用立体视觉原理进行3维重建不同,在研究基于单幅全向图像重建空间水平直线问题的基础上,首先指出基于直线在全向图中的两个像点即可重建该水平直线,然后通过分析和推导空间水平直线在全向成像系统中的成像特点,有效简化了全向图中的水平直线检测;针对现有“四点定位”方法的不足,提出了一种基于“主像点/非主像点”的水平直线重建算法,并详细分析了像点提取精度对直线重建结果的影响。实验表明,在不同的像点提取精度下,对于不同空间水平直线,该重建算法均能取得较好结果。     

基于图割和显著性的图像结构表示方法研究*

通过分析现有基于内容的图像结构表示方法,存在鲁棒性不强和结构多样性易增加分类的复杂性并降低分类正确率的问题,研究了基于图割的二叉树和基于显著性的多叉树图像结构表示方法,并与基于区域相似性的二叉树和改进深度的多叉树表示进行比较。实验表明,基于图割和显著性的表示方法能有效提高结构树的语义性和分类性能。     

扫描工程图二维重建中基于图表达的结构约束校正

本文主要研究扫描工程图二维重建中图素间拓扑关系的识别和表达,建立了“无向有权图”的图素拓扑关系表达模型,并给出了相应的算法和基于该模型的实验结果。该模型的建立是实现最终达到尺寸驱动的扫描工程图二维重建的基础。     

城市地质中基于剖面的3维层状地质体动态建模

为解决城市地质中的基于剖面的浅层地质体建模过程中的地质剖面自动对比问题,实现3维地质体模型的动态重构与局部更新,将3维拓扑推理引入3维地质建模,通过剖面投影方法在3维空间曲面上实现拓扑关系的自动构建与推理,提升地质剖面对比维数,提高地质剖面自动对比自动化程度,实现城市地质中3维层状地质体动态建模。该方法已应用于南京城市地质3维建模中,结果表明该方法适应多种剖面数据,提高了地质空间3维建模效率。     

基于GIS技术的城市3维景观动态仿真技术研究

虚拟城市是3维城市地理信息系统研究的前沿领域,为此首先对如何建立城市3维景观进行了初步的探讨研究,同时概述了城市3维仿真的发展概况和基本原理;然后分析了建立城市3维景观的两种方法路线;接着重点介绍了3维场景的建模、动态仿真和实时驱动的实现方法,并提出了城市3维景观动态仿真技术的作用、意义和发展前景;最后总结了城市3维仿真与GIS结合应用的可能性和发展方向,并制作出了城市3维景观动态仿真的应用实例。     

基于并行处理技术的分布式3维数据动态调度策略

为了缓解单机环境下系统资源紧张的问题,在分析单机模式3维数据显示缺点的基础上,首先提出分布环境下的数据处理和调度方案,然后给出了一个通用的逻辑层面的系统模型,最后分析多种数据动态调度策略与优化方案,并给出了客户方和服务方的处理流程。得出并行处理在一定程度上可降低硬件成本,加快运算速度,更好完成3维数据处理任务。     

基于标记点丢失的多幅自标定图像的3维重建和相机姿态恢复

为了对标记点丢失的多幅自标定图像进行精确重建，提出了一种基于标记点丢失的多幅自标定图像的3维重建和相机姿态恢复的方法。该方法与原来方法的不同之处在于，该方法是利用标记点（编码点和非编码点）的方式，即用编码点进行单CCD相机的自标定和姿态恢复，而用非编码点进行3维点的3维重建。该方法有以下3个主要特点：（1）由于该方法采用了标记点的自动识别匹配，所以避免了手工交互选择图像点对（point correspondences）费工费时的问题；（2）由于标记点匹配精确，提高了3维点的重建精度，故符合工程要求；（3）由于噪音对标记点的像点影响较小，因此该方法比以前的方法具有更好的鲁棒性。实验结果表明，利用该方法产生的3维重建点精确可靠，能够满足逆向工程等应用的要求。     

基于光线的全局优化多视图三维重建方法

利用光线跟踪原理,提出一种全局优化的多视图三维重建方法。根据图像轮廓得到物体的包围盒,采用体素离散物体所在的几何空间。从相机中心向图像上每个像素发射一条光线,为确定光线达到的体素,使用归一化互相关（NCC）值度量光线一体素的一致性,并估计采样空间中面片的法向信息,以提高NCC值的可信度。设计基于因子图的全局优化模型得到物体体素,针对光线因子的特殊性,设计一种高效的置信度传播算法,使重建方法的时间复杂度从指数阶降为线性阶。实验结果表明,与基于马尔可夫场的重建方法相比,该方法的鲁棒性较好,可提高重建模型的准确度和完整性。     

High quality 3D reconstruction based on fusion of polarization imaging and binocular stereo vision

Polarization imaging can retrieve inaccurate objects’ 3D shapes with fine textures, whereas coarse but accurate depths can be provided by binocular stereo vision. To take full advantage of these two complementary techniques, we investigate a novel 3D reconstruction method based on the fusion of polarization imaging and binocular stereo vision for high quality 3D reconstruction. We first generate the polarization surface by correcting the azimuth angle errors on the basis of registered binocular depth, to solve the azimuthal ambiguity in the polarization imaging. Then we propose a joint 3D reconstruction model for depth fusion, including a data fitting term and a robust low-rank matrix factorization constraint. The former is to transfer textures from the polarization surface to the fused depth by assuming their relationship linear, whereas the latter is to utilize the low-frequency part of binocular depth to improve the accuracy of the fused depth considering the influences of missing-entries and outliers. To solve the optimization problem in the proposed model, we adopt an efficient solution based on the alternating direction method of multipliers. Extensive experiments have been conducted to demonstrate the efficiency of the proposed method in comparison with state-of-the-art methods and to exhibit its wide application prospects in 3D reconstruction.     

自由双目立体视觉摄像机动态外参数的获取

针对自由双目立体视觉中由于摄像机旋转导致的摄像机外参数变化的问题,提出一种基于旋转轴标定的动态外参数获取方法。在多个不同位置,立体标定得到多组旋转平移矩阵,利用最小二乘法求解旋转轴参数;结合初始位置左右摄像机的内、外参数及旋转角度,实时获取左右摄像机的外参数。利用所提方法获取动态外参数,并对棋盘角点进行三维重建,平均误差为0.241mm,标准差为0.156mm;与基于多平面标靶的标定方法相比,精度高且操作简单。所提方法无需实时标定,可完成摄像机旋转情况下动态外参数的获取。     

立体视频对象分割及其三维重建算法研究*

为更加有效分析立体视频对象,本文提出了一种基于离散冗余小波变换的立体视频对象分割算法,首先采用离散冗余小波变换提取特征点结合DT网格技术的视差估计方法,获得了可靠的视差场,再利用视差信息对立体视频中静止对象进行分割。对于立体视频序列中的运动对象,采用离散冗余小波提取运动区域的方法进行分割。实验结果表明,本算法对有重叠的多视频对象具有较好的分割效果,可同时分割静止物体和运动物体,具有较好的精确性和鲁棒性。对于分割出的立体视频对象,结合深度信息对其进行三维重建,得到较好的三维效果。     

基于特征点动态选择的三维人脸点云模型重建

针对典型的点云配准方法中伪特征点过多导致配准效率低和配准结果不精确的问题,提出一种基于特征点动态选择的三维人脸点云模型重建方法。该方法在粗配准阶段,采用动态特征矩阵求解法获取粗匹配特征变换矩阵以避免伪特征点的干扰。在精配准过程中,采用二次加权法向量垂直距离法在人脸流形表面选择更有效的特征点以减少伪特征点的数量,并采用基于特征融合与局部特征一致性的迭代最近点方法进行精配准。经过对比实验验证了算法的可行性,实验结果表明,提出算法能够实现高精度且快速的三维人脸点云模型重建,且均方根误差达到1.816 5 mm,相较于其他算法,在模型重建精度和效率方面都有所提升,具有良好的应用前景。     

The reconstruction of dynamic 3D structure of biological objects using stereo microscope images

In this paper, we address the analysis of 3D shape and shape change in non-rigid biological objects imaged via a stereo light microscope. We propose an integrated approach for the reconstruction of 3D structure and the motion analysis for images in which only a few informative features are available. The key components of this framework are: 1) image registration using a correlation-based approach, 2) region-of-interest extraction using motion-based segmentation, and 3) stereo and motion analysis using a cooperative spatial and temporal matching process. We describe these three stages of processing and illustrate the efficacy of the proposed approach using real images of a live frog's ventricle. The reconstructed dynamic 3D structure of the ventricle is demonstrated in our experimental results, and it agrees qualitatively with the observed images of the ventricle.     

安阳殷墟博物苑虚拟重建三维系统

使用多媒体、虚拟网络技术对安阳殷墟博物苑及其出土文物、雕塑进行了三维重建,所搭建的系统可用于数字考古以及虚拟探游的三维实现。应用技术主要有大规模场景以及精细物体的三维建模技术,包括基于手工测绘数据、基于三维扫描仪以及基于立体像对的建模技术;虚拟探游技术,包括虚拟人技术以及虚拟动画技术;虚拟多媒体技术,包括虚拟音、视频技术以及虚拟信息自动触发技术。通过网络,用户即可实时对殷墟博物苑进行全方位、360°全视角的三维虚拟探游。     

结合特征适配与拉普拉斯形变的3维人脸重建

目的 数字娱乐产业的发展要求3维人脸重建技术能重建高分辨率3维人脸,并具有较高计算效率和重建准确性。针对这一情况,提出一种基于单幅图像的高分辨率3维人脸重建方法。方法 该方法包含特征适配与拉普拉斯形变两部分。预先用1组3维人脸样本上的3维特征构造可变形模型。给定图像时,从其上自动提取2维特征点,并根据获得问题最优解的必要条件进行特征适配以重建个性化3维特征;然后基于拉普拉斯方法,用该3维特征对一般人脸模型进行变形以获得特定高分辨率3维人脸;最后通过纹理合成获得真实感人脸。结果 用本文方法和已有方法分别进行可变形模型适配和模型变形,本文的特征适配方法具有更快的收敛速度和更高的准确性,拉普拉斯方法具有更小的重建误差。纹理映射后的3维人脸具有很好的视觉效果。结论 本文方法将特征适配与拉普拉斯形变结合起来进行高分辨率3维人脸重建。实验结果表明所提出的方法具有较高的计算效率和准确性,能实现较为理想的高分辨率3维人脸重建。     

动态变形表面三维重建方法研究与实现*

提出一种对可变性物体表面的动态变形过程进行三维重建的方法.将图像序列第一帧中物体表面划分成多个图像块,利用优化函数寻找每个图像块在所有帧中的对应关系,最终实现物体运动过程的三维重建;完成每一帧的三维重建后,根据图像关联度和局部拓扑结构对结果进行错误检测,并对出错块进行重新优化.模拟实验、实际数据实验以及与同类算法的比较,验证了该方法的有效性和可行性.     

人眼立体视觉空间与虚拟三维空间的几何映射关系理论分析

虚拟三维空间是现实世界的数字化三维空间,而人眼立体视觉空间则是人眼视觉系统对于现实世界或虚拟世界所形成的三维立体构象。传统上人眼直接观察现实世界,确立了人眼立体视觉空间与现实世界之间的几何对应关系。而人眼立体视觉空间与虚拟三维空间是否也存在对应的几何关系？以人眼立体视觉和虚拟三维场景为研究对象,根据双目视差原理,论述了人眼立体视觉的几何模型及视觉三维模型的表示形式。通过分析虚拟空间三维点元、屏幕视差及网膜视差等三者之间的内在几何关系,利用矩阵代数建立了虚拟空间与视觉空间之间的几何映射关系。这一映射关系表明视觉三维模型与虚拟三维模型之间存在一一对应关系,也反映了人眼视觉系统在虚拟空间中的可测量性质。本文创新性之处在于得到了视觉三维模型的完整表示,突破了传统上立体显示的定性感知,提供了定量分析的基础。这一工作对于在虚拟空间中的立体体验、虚拟交互以及立体测量等实践活动具有一定理论参考价值。