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实景三维纹理映射与增强方法研究

实景三维纹理映射与增强方法研究

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作者：毛力波山东建筑大学

学位级别：硕士

随着智慧城市及数字中国等发展理念的提出,建立带有纹理的高保真度、高真实感的城市三维模型凸显了越来越重要的作用。纹理映射作为提升三维模型真实感最有效的方法,迅速成为了计算机图形学、计算机视觉以及摄影测量学领域的研究热点。... 详细信息

随着智慧城市及数字中国等发展理念的提出,建立带有纹理的高保真度、高真实感的城市三维模型凸显了越来越重要的作用。纹理映射作为提升三维模型真实感最有效的方法,迅速成为了计算机图形学、计算机视觉以及摄影测量学领域的研究热点。纹理映射技术经过多年的发展,已基本能够满足实际应用需求,但仍存在诸多问题,如:(1)目前模型表面重建算法获取的表面模型存在非流形的问题,无法给纹理映射提供可直接利用的基础数据,需后期进行非流形处理。而目前mesh网的非流形处理算法存在诸多问题,如存在无法处理的非流形结构、会产生空洞、重复面、重复点等网形结构问题,且效率低下;(2)目前城市三维纹理映射算法的直接成果存在纹理模糊、纹理碎片及缝隙等问题,影响纹理的真实感和可读性,有待进一步优化。因此,研究提升纹理清晰度及平滑性的纹理映射及增强方法具有重要意义。本文针对当前实景三维纹理映射存在的上述问题,对纹理映射以及纹理真实感增强方法展开研究,旨在提高纹理质量,建立高保真、可读性强的实景三维模型。本文的主要工作如下:(1)纹理映射方面,提出一种mesh网的非流形处理改进方法、一种子块可视影像粗筛选方法,以及一种基于图割的多参数自适应加权高质量纹理映射方法。首先,针对目前mesh网的非流形处理算法存在的上述问题,通过深入分析开源库VCG及OpenMVS检测及处理非流形方法的原理及优缺点,基于VCG库实现对OpenMVS非流形处理方法的改进;然后,针对子块可视影像选择效率低下的问题,利用平面相交的方法,提出一种子块可视影像粗筛选方法,以提升子块可视影像选择的效率;最后,针对目前纹理映射算法无法完美地兼顾纹理清晰度和平滑性的问题,提出一种基于图割的多参数自适应加权高质量纹理映射方法。该方法是在传统图割算法的基础上,综合考量三角面的像方面积及物方面积、三角面的边长、相邻三角面间法线夹角等因素,构建多参数自适应加权的能量方程,并通过图割算法优化该能量方程,以提升纹理的质量。(2)纹理真实感增强方面,利用泊松编辑的思想实现了块间纹理匀光匀色,并提出一种纹理碎片去除方法。首先,针对模型分块重建后,块间纹理存在颜色及亮度突变的问题,通过研究分析二维泊松图像融合的原理,将其应用于三维模型块间纹理的匀光匀色,以使块间纹理颜色及亮度趋于一致,增强纹理真实感;然后,针对目前纹理映射结果存在较多纹理碎片的问题,提出一种强制替换纹理影像的纹理碎片去除方法,以增强纹理的平滑性。实验表明,本文提出的mesh网的非流形处理方法能够提升非流形处理的效果和效率;提出的纹理映射方法能在减少纹理缝隙的同时提升纹理的清晰度;提出的纹理真实感增强方法能够有效去除纹理碎片及块间纹理接缝线,增强纹理真实感,进而为智慧城市及数字城市建设提供质量更高、真实感更强的城市三维模型。

关键词：非流形处理可视影像选择图割匀光匀色纹理碎片

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