面向三维简化重建的超真实感纹理映射研究

作     者：陈凌锋 

作者单位：深圳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：Daniel Cohen-Or

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：城市重建 三维模型简化 纹理映射 图像拼接 

摘      要：大型城市的三位重建模型在学术和工业领域已经得到了广泛的应用。但在实际使用中人们发现这类重建模型往往有着场景规模巨大,重建结构复杂的特点。对于几何特征明显的城市建筑物,绝大部分表面网格数据是冗余的,因此需要使用结构化重建为这些模型进行简化。但在对三维模型进行简化的过程中通常不会去考虑模型的纹理信息,而逼真纹理信息对于提高三维重建场景的真实感至关重要。现有的纹理映射方法只有在三维重建模型非常接近现实物体的情况下才能生成高质量的纹理,对于简化模型这种与现实物体几何结构差距较大的模型往往会产生明显的失真,这极大地影响了三维场景的真实感。针对简化模型这种特殊输入,与基于三角面片的传统纹理映射方法不同,本文提出了一个基于平面结构和图像拼接的纹理映射方法,能实现全自动为简化模型生成相片级别的纹理,让简化模型也能具有高真实感。本文的算法主要解决两个问题,对于简化模型的单个平面首先需要选取出一组最适合做图像拼接的视角,然后选出基准视角,并将其他视角的图片与基准视角的图片进行拼接,将平面在图像空间的可视部分拼接在一张图像中,最后通过对纹理进行优化,为每个平面生成高质量的纹理。在视角选取部分,本文结合了基于三角面片的纹理映射方法,将平面细分为稠密的三角面片并将这些面片作为平面的基本单位,然后通过可见性检测过滤平面在视角下的不可视部分,最后通过光度一致性过滤和视角选取优化,为每个平面选取出一组最适合做图像拼接的视角。在图像拼接部分,本文提出了基于图像几何特征的自适应网格,与之前使用均匀网格对图像进行形变的拼接方法不同,本文提出的自适应网格能对图像几何特征密集的区域进行更加细致的调整,再结合图像的几何特征作为约束为每个平面生成一张大尺度几何特征对齐的纹理。最后通过图像融合,为每个平面生成高真实感的纹理。本文提出的基于图像拼接的纹理映射方法与先前所有的纹理映射方法都不同,并且在图像拼接上进行了一定的创新,针对简化模型这种特殊输入能取得更好的效果。