基于VTK的室外場景三維重建.pdf

1、三維激光掃描儀因其方便、易用和數(shù)據(jù)精度高等優(yōu)點在測繪，文物保存，城市規(guī)劃和數(shù)字娛樂等領域有廣泛的應用。三維激光掃描儀獲取的數(shù)據(jù)包含實測場景的距離信息所以又被稱為深度數(shù)據(jù)(RangeData)或距離圖像(DistanceImage)。 由于激光掃描的原理和特點，對室外實際場景掃描將產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)量。龐大的數(shù)據(jù)量增加了硬件的負擔，也增加處理的難度。近年來，由于硬件價格的下降，和并行算法的應用領域的推廣，所以利用深度數(shù)據(jù)來快速、高效實

2、現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與場景建模一直是計算機視覺和圖形學領域的十分重要的前沿課題，是全世界很多研究機構普遍關注的研究熱點和難點。 在3D處理領域，OpenGL作為一個高效和相對易用的3D引擎，已經(jīng)被大多數(shù)的硬件和操作系統(tǒng)所支持，在實際中得到了廣泛應用和普及。但隨著3D模型和科學計算可視化在實際中的廣泛應用以及在程序開發(fā)中面向?qū)ο笏枷氲钠占?，迫切需要一個簡單易用、面向?qū)ο笄冶阌谝浦埠凸δ軘U展的3D圖形和可視化功能模塊庫，VTK(Visuali

3、zatonToolkit)應運而生。VTK是嚴格按照面向?qū)ο笏枷攵O計，并且為了兼顧編譯(Compiled)編程語言的高效性和解釋 (interpreted)編程語言的簡單性，VTK采用內(nèi)核-解釋的多層設計模式。其內(nèi)核采用編譯語言開發(fā)，在內(nèi)核之上提供了面向解釋語言的接口層?？紤]兼容性和便于維護與升級，VTK采用標準編程語言開發(fā)，并對常用的可視化算法進行封裝，在使用中，用戶只須設置接口參數(shù)即可以使用算法。 本文作為北京市重

4、點項目“北京市三維空間信息綜合服務系統(tǒng)”和北京市學術創(chuàng)新團隊計劃“三維信息獲取與應用處理技術”的重要組成部分，在研究VTK系統(tǒng)結構、處理算法和運行機制的基礎上，研究了數(shù)據(jù)預處理、深度圖像平面特征提取、多幅深度圖像的配準、深度圖像的三角網(wǎng)格剖分和簡化等相關的算法，并利用VTK實施和改進了相關算法，得到了真三維幾何模型，建立了基于VTK的三維重建軟件原型系統(tǒng)，并通過實驗，驗證了系統(tǒng)的魯棒性，充分展現(xiàn)了VTK作為一個全新的3D引擎的優(yōu)勢。本文

5、創(chuàng)新性主要貢獻如下： (1)研究了VTK的系統(tǒng)結構、處理算法和運行機制，并探索了VTK在深度圖像建模方面的優(yōu)勢和不足。 (2)采用VTK，實現(xiàn)了深度圖像的平面特征提取，檢驗了VTK引擎對大量的深度數(shù)據(jù)處理的速度和效果。 (3)結合VTK，提出了以平面點集為特征的ICP算法，實現(xiàn)了多幅深度數(shù)據(jù)快速配準。該配準方法對包含大量平面的人造建筑物的配準具有適用性。 (4)研究了深度圖像的三角網(wǎng)格剖分和快速簡化方法，