基于彩色光度立體法的非剛性體三維數(shù)字化研究.pdf

1、隨著多媒體技術的發(fā)展，非剛性體的三維重建技術在電影特效、三維游戲、人機交互等越來越多的領域被得以關注，其研究意義與商業(yè)價值逐漸凸顯出來。但因非剛性體具有物理特性復雜，容易形變等特點，傳統(tǒng)的三維重建方法對其表面的恢復是非常困難的。本文從傳統(tǒng)光度立體法著手，通過對光度模型與相機模型的深入分析，提出一種基于彩色光度立體法的非剛性體三維重建方法，實現(xiàn)了對單色以及彩色花紋的非剛性體的三維重建。此外，為得到完整的三維數(shù)字化模型，本文對三維點云的拼接

2、技術也做出了一定的研究。主要工作總結(jié)如下：
　　（1）單色非剛性體三維數(shù)字化。傳統(tǒng)光度立體法在三維重建的過程中需要分時采集至少三幅圖像，因此不能用于隨時都可能發(fā)生形變的非剛性體。為了解決這個問題，首先建立了由三基色(R、G、B)組成的彩色光度立體系統(tǒng)，由于單色物體上被彩光投射的顏色都可以被線性的分解到三基色上，所以在此環(huán)境中只需一幅圖像就可以實現(xiàn)重建，從而可實現(xiàn)對非剛性體視頻序列中每幀圖像的三維重建。其次，利用采樣球?qū)嵗?qū)動的方法

3、建立起亮度與法向量的對應關系，并以此計算出每一點所對應的法向量。最后通過幾何約束實現(xiàn)從法向量到深度值的求解，最終得到被測物體的2.5維點云數(shù)據(jù)。
　　（2）彩色花紋非剛性體三維數(shù)字化。針對光度立體法的研究大多只停留在單色物體上這一缺點。本文對上述方法做了改進以適用于彩色花紋的非剛性三維重建。首先，對于雙色花紋物體，通過區(qū)域分割的方法將被測物體和采樣球都分割成兩個不同區(qū)域，根據(jù)采樣球建立具有不同區(qū)域的兩種關系，并把這種關系運用在相對

4、應的被測物體區(qū)域上。其次，對于多色花紋物體，通過不同顏色花紋在白光下的反射系數(shù)比將彩色區(qū)域替換成與純色采樣球顏色一致時的對應亮度，實現(xiàn)了對其三維數(shù)字化。
　?。?）全局點云拼接。為得到完整的重建模型，本文對全局圖像的采集以及點云拼接技術做了一定的研究。首先采用四個不同視角的相機對被測物進行分時輪轉(zhuǎn)采集，并根據(jù)上述方法求解出對應2.5維點云數(shù)據(jù)。然后對得到的四組點云數(shù)據(jù)采用相鄰輪廓之間約束進行粗拼接。最后對粗拼接的結(jié)果采用ICP算法

5、進行精確拼接，最終得到一個全局的三維點云數(shù)據(jù)。
　　本文以非剛性體中最典型的布料作為實驗對象。仿真和實驗結(jié)果表明，彩色光度立體法可以實現(xiàn)非剛性體視頻序列的三維重建，不僅速度快，而且精度較好。由于采樣球求解亮度與法向量之間對應關系的方法考慮到更多的反射面信息，所以求解出的關系矩陣更加準確。相比單色非剛性體，彩色花紋非剛形體的重建結(jié)果精度稍差，尤其在真實環(huán)境下區(qū)域邊界處的噪點較多，但整體效果較為理想?？傊疚囊暂^為簡單的方法實現(xiàn)了具