[發明專利]基于光度圖的幾何與表面材質的重建方法

有效

• 申請號: 201210288521.2
• 申請日: 2012-08-14
• 公開（公告）號: CN102819864A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 齊越;胡勇;張梓峰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;盧紀

技術領域

本發明屬于計算機虛擬現實的技術領域，具體地說是涉及一種基于光度圖的幾何與表面材質的重建方法，其從單視點下拍攝的已知光源的圖片序列中重建物體表面的法向量、BRDF（Bidirectional?Reflectance?Distribution?Function）材質基和權重圖，該方法可以用于重建三維物體的幾何和表面材質。

背景技術

近些年來從圖片序列中重建真實材質組成的場景一直吸引著研究者們的目光。重建真實場景問題的核心是如何構建一個模型來恢復整個光場，這意味著可以預測任意給定的光照條件下物體的反射形態。通常解決這類問題的方法包含兩個步驟：第一，使用圖形學中的幾何方法來恢復物體的三維形狀以及表面的法向量朝向；第二，標定光源，在不同光源下采集照片，然后選擇一個BRDF模型，優化模型參數使其匹配采集數據，參見Herbort?S,C:An?introduction?to?image-based?3D?surface?reconstruction?and?a?survey?of?photometric?stereo?methods.3D?Res?2011,02(03004):1–18。這類方法萬網需要使用特殊的儀器，例如三維掃描儀或者矩陣光照，因此代價非常昂貴，參見P.Fechteler,P.Eisert,J.Rurainsky(2007)Fast?and?high?resolution?3d?face?scanning,ICIP'07,3:81–84,doi:http://dx.doi.org/10.1109/ICIP.2007.4379251。并且這類方法往往需要一個匹配過程，來將照片上的每一個像素與三維模型上的點一一對應起來。與幾何方法相反，立體光度視覺場提供了一個更加簡潔的解決方法，它僅僅需要一組研究者已知光照條件的照片。

但是，光度圖方法的效果對漫反射初值的估計和表面材質的劃分有著非常高的要求。初始的漫反射值用于預測特定光照條件下的初始法向量圖，和基礎BRDF材質基。表面材質的劃分用于提供一個基礎材質的初始權重圖。光度圖方法的第二個問題是，當每個像素上基礎材質的權重可以為任意時，物體表面的法向量時高度缺乏約束，參見H.P.A.Lensch,J.Kautz,M.Goesele,W.Heidrich,and?H.P.Seidel.Image-based?reconstruction?of?spatial?appearance?and?geometric?detail.ACM?Trans.Graph.,22(2):234-257,2003。這將導致法向量圖的估計十分困難，并且很容易使整個算法的優化過程收斂到一個錯誤的局部解中。

在早期的研究工作中，Woodham（參見R.Woodham.Photometric?method?for?determining?surface?orientation?from?multiple?images.Optical?Engineering,19(1):139-144,January?1980.）和Silver（參見W.M.Silver.Determining?Shape?and?Reflectance?Using?Multiple?Images.Master’sthesis,MIT,1980.）提出了強烈的假設，關于使用特別的BRDF知識或者簡單的參數化模型（通常是Lambertian模型，參見Ngan,A.,Durand,F.,and?Matusik,W.2005.Experimental?analysis?of?brdf?models.In?Eurographics?Symposium?on?Rendering,117--126.）來重建物體表面。