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计算机辅助设计与图形学学报 2015年第9期27卷 1750-1758页

作者：李健马泳潮张玉杰王立梅何斌陕西科技大学电气与信息工程学院西安710021 同济大学电子与信息工程学院上海201804

针对非刚性体具有易变形和色彩多样的特点,而传统的光度立体法不能用于动态多色物体的三维数字化的问题,提出一种利用实例球驱动和颜色替换的彩色光度立体法.对于动态纯色非刚性体,利用采样球实例驱动的彩色光度立体法建立亮度与法向量... 详细信息

针对非刚性体具有易变形和色彩多样的特点,而传统的光度立体法不能用于动态多色物体的三维数字化的问题,提出一种利用实例球驱动和颜色替换的彩色光度立体法.对于动态纯色非刚性体,利用采样球实例驱动的彩色光度立体法建立亮度与法向量的对应关系,并通过几何约束实现对其三维数字化;对于双色花纹物体,通过区域分割对不同区域采用对应关系实现三维数字化;对于多色花纹物体,通过不同颜色花纹在白光下的反射系数比将彩色区域替换成与纯色采样球颜色一致时的对应亮度,以实现对其三维数字化.仿真和实验结果表明,该方法简单、采样快速,可以实现对非刚性体的三维数字化.

关键词：彩色光度立体法非刚性体采样球三维数字化

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基于遗传算法的非刚性体光流场估计方法

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电子学报 2001年第1期29卷 41-43页

作者：李俊博万明习西安交通大学电信学院生物医学工程系西安710049

本文提出了一种可用于非刚性体的基于遗传算法 (GeneticAlgorithm ,GA)的光流场估计方法 ,将非刚性体分割为共同运动的微元 ,利用遗传算法对各运动参数进行优化估计 .随后 ,研究了该方法在生物组织运动估计中的应用 .实验结果表明 :本... 详细信息

本文提出了一种可用于非刚性体的基于遗传算法 (GeneticAlgorithm ,GA)的光流场估计方法 ,将非刚性体分割为共同运动的微元 ,利用遗传算法对各运动参数进行优化估计 .随后 ,研究了该方法在生物组织运动估计中的应用 .实验结果表明 :本方法具有鲁棒性好、全局搜索能力强、收敛速度快和可用于非刚性体运动估计等优点 .

关键词：运动估计非刚性体光流场遗传算法

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基于Kinect的动态非刚性体三维数字化研究

基于Kinect的动态非刚性体三维数字化研究

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作者：杜希瑞陕西科技大学

学位级别：硕士

衣物等非刚性体的三维重建技术在虚拟试衣系统、影视动画制作、游戏开发等领域有着广阔的应用前景。该项技术一直是计算机视觉和计算机图形学领域研究的热点。如何实现高效、高精度和廉价的重建一直是三维重建技术的一个研究重点。传统... 详细信息

衣物等非刚性体的三维重建技术在虚拟试衣系统、影视动画制作、游戏开发等领域有着广阔的应用前景。该项技术一直是计算机视觉和计算机图形学领域研究的热点。如何实现高效、高精度和廉价的重建一直是三维重建技术的一个研究重点。传统的计算机视觉重建方法对刚性体的重建效果较好,但却很难找到一个重建精度较高、纹理信息丰富并且简便易用的非刚性体三维数字化方法。近年来出现的以Kinect为代表的拥有测距能力的深度相机能够直接得出拍照区域的深度信息,但是测量精度并不高,其测量结果必须经过去噪和优化处理。本课题正是以优化和改进深度相机的测量结果为目标,研究基于Kinect的非刚性体三维数字化技术。具体工作可总结如下:1)Kinect融合光度立体法的非刚性体三维数字化研究。使用RGB-D相机,在彩色光度立体方法基础上,探讨了动态单反射率/多反射率非刚性物体的高精度三维数字化方法。通过使用红绿蓝三色光源同时照射物体,并使用Kinect相机采集目标物体的深度图和彩色图。通过设计合理的代价函数并经优化求解以得到非刚性体的三维点云信息。较之于传统的光度立体方法,其重建精度更高。2)基于Kinect和转台的全视角三维重建方法研究。在物体单视角数字化的基础上,将待测物体置于转台上旋转以实现对被测物体的全视角三维数字化。通过一台Kinect对转台上的物体进行拍摄,得到其旋转一周的图像序列;利用SURF算子计算两帧之间的特征点并进行匹配,以特征点为基础完成相邻两帧间的粗配准;然后利用ICP配准技术进行精配准并使用误差分配方法对漂移误差进行修正;接着利用泊松重建技术进行点云的融合并对色差进行修正。最终得到精度较高的全视角模型。3)基于S-SCAPE语义模型的人体三维数字化研究。由于人体等非刚性体随着时间不仅会产生整体的位移,更兼有局部的自由形变,故非刚性的点云配准一直是三维重建中难以解决的一个问题。本文采用S-SCAPE人体语义模型解决人体点云的配准问题,S-SCAPE模型用27个体型参数和32个姿势参数来表示人体模型,大大缩小了优化算法搜索的解空间。该采集系统不需要事先标定,仅使用三帧RGB-D数据即可重建出完整的人体模型,具有广泛的应用前景。实验结果证明:本文方法能够得到满足特定需求的非刚性体三维数字化模型,为最终实现非刚体的动态三维数字化奠定了基础。

关键词： Kinect 光度立体非刚性体 S-SCAPE 三维数字化

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基于彩色光度立体法的非刚性体三维数字化研究

基于彩色光度立体法的非刚性体三维数字化研究

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作者：马泳潮陕西科技大学

学位级别：硕士

随着多媒体技术的发展,非刚性体的三维重建技术在电影特效、三维游戏、人机交互等越来越多的领域被得以关注,其研究意义与商业价值逐渐凸显出来。但因非刚性体具有物理特性复杂,容易形变等特点,传统的三维重建方法对其表面的恢复是非常... 详细信息

随着多媒体技术的发展,非刚性体的三维重建技术在电影特效、三维游戏、人机交互等越来越多的领域被得以关注,其研究意义与商业价值逐渐凸显出来。但因非刚性体具有物理特性复杂,容易形变等特点,传统的三维重建方法对其表面的恢复是非常困难的。本文从传统光度立体法着手,通过对光度模型与相机模型的深入分析,提出一种基于彩色光度立体法的非刚性体三维重建方法,实现了对单色以及彩色花纹的非刚性体的三维重建。此外,为得到完整的三维数字化模型,本文对三维点云的拼接技术也做出了一定的研究。主要工作总结如下:（1）单色非刚性体三维数字化。传统光度立体法在三维重建的过程中需要分时采集至少三幅图像,因此不能用于随时都可能发生形变的非刚性体。为了解决这个问题,首先建立了由三基色（R、G、B）组成的彩色光度立体系统,由于单色物体上被彩光投射的颜色都可以被线性的分解到三基色上,所以在此环境中只需一幅图像就可以实现重建,从而可实现对非刚性体视频序列中每帧图像的三维重建。其次,利用采样球实例驱动的方法建立起亮度与法向量的对应关系,并以此计算出每一点所对应的法向量。最后通过几何约束实现从法向量到深度值的求解,最终得到被测物体的2.5维点云数据。（2）彩色花纹非刚性体三维数字化。针对光度立体法的研究大多只停留在单色物体上这一缺点。本文对上述方法做了改进以适用于彩色花纹的非刚性三维重建。首先,对于双色花纹物体,通过区域分割的方法将被测物体和采样球都分割成两个不同区域,根据采样球建立具有不同区域的两种关系,并把这种关系运用在相对应的被测物体区域上。其次,对于多色花纹物体,通过不同颜色花纹在白光下的反射系数比将彩色区域替换成与纯色采样球颜色一致时的对应亮度,实现了对其三维数字化。（3）全局点云拼接。为得到完整的重建模型,本文对全局图像的采集以及点云拼接技术做了一定的研究。首先采用四个不同视角的相机对被测物进行分时轮转采集,并根据上述方法求解出对应2.5维点云数据。然后对得到的四组点云数据采用相邻轮廓之间约束进行粗拼接。最后对粗拼接的结果采用ICP算法进行精确拼接,最终得到一个全局的三维点云数据。本文以非刚性体中最典型的布料作为实验对象。仿真和实验结果表明,彩色光度立体法可以实现非刚性体视频序列的三维重建,不仅速度快,而且精度较好。由于采样球求解亮度与法向量之间对应关系的方法考虑到更多的反射面信息,所以求解出的关系矩阵更加准确。相比单色非刚性体,彩色花纹非刚形体的重建结果精度稍差,尤其在真实环境下区域边界处的噪点较多,但整体效果较为理想。总之,本文以较为简单的方法实现了具有彩色花纹的非刚性体动态三维数字化重建,具有较好的使用范围和运用前景。

关键词：彩色光度立体法非刚性体采样球三维数字化

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