[發明專利]基于圖像的三維模型構成方法

有效

• 申請號: 201310497267.1
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN103500467A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 向開兵;郝愛民;吳偉和;李帥;王德志
• 申請（專利權）人: 深圳市易尚展示股份有限公司;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;成金玉

技術領域

本發明涉及三維模型的建模的技術領域，具體涉及一種基于圖像的三維模型構成方法，主要用于復雜物體三維模型的獲取與表示。

背景技術

三維模型表示是圖形學中的基礎性工作，模型的表示方法決定了模型的繪制和處理方法。在圖形學中已經開發出多種三維模型表示的方法，針對具體問題而言，這些方法各有優劣。大致可以將這些表示方法分為三類：幾何表示、點云表示和混合表示。幾何表示即用基本的幾何體來表示物體的表面或是物體實體，點云表示即通過對物體表面進行采樣得到表示物體表面的點云數據來表示物體，混合表示將這兩種方法相結合，在一個模型中既有幾何表示的部分，也有點云表示的部分。

幾何表示：

幾何表示是模型表示中最常用的一種方式。包含有多邊形、樣條、實體幾何、過程建模和隱函數曲面等多種方式。現就這些方式的特點描述如下：

多邊形表示即使用一組包圍對象內部的表面多邊形表示物體，多邊形表示能簡化并加速對象的表面繪制和顯示。樣條曲線指由多項式曲線段連接而成的曲線，在每段的邊界處滿足特定的連續性條件，樣條曲線是可控的曲線，在設計中運用點、線段的空間位置不同而得到不同的效果，樣條曲面（spline?surface）可以使用兩組正交樣條曲線進行描述。實體建模是使用集合操作來組合兩個三維對象，通過兩個指定對象間的并、交或差等操作生成一個新對象，在構造實體時，選擇兩個或多個基本圖元，然后制定一個操作（并、交或差）就可創建一個新對象。對于不規則或粗糙的自然景物，通常使用分形幾何方法（fractal-geometry?method）來描述，這種方式屬于過程建模，通過對一個空間區域內各點重復使用指定的變換函數，可以生成一個分形對象。

點云表示：

隨著三維掃描設備成本的不斷降低，對三維物體直接建模也越來越常見。這種建模利用三維掃描儀掃描得到物體表面的數據（如形狀和表面顏色等），用這種數據表示物體，在圖形學中稱為物體的點云表示。點云繪制概念簡單，處理方便，但對圖形硬件的像素填充率要求較高，同時需要解決繪制時的空洞和走樣等，而且離真實感繪制還有一定距離。在地理信息系統（geographic?information?system，GIS）中點云是地表數字進化模型的來源之一，點云也被用來產生城市環境的三維模型。

混合表示：

混合表示是將基于幾何表示和點云表示相結合的一種綜合表示方法。這種方法吸取了兩者的優點，通常的做法有兩種：一是用點云表示模型外部構造，而用幾何表示作為模型的內部構造。二是根據視點與模型的距離來選擇使用的模型：當視點距離模型較遠時選擇點云模型以加速模型繪制，當視點與模型距離近時選擇幾何模型來表達模型的細節。通常以點云構造的模型作為輸入數據，在計算機內部轉換為幾何表示的內部數據（或幾何數據庫），同時也保留了點云構造模型的數據。這樣，二者的信息互補，并確保幾何模型信息的完整性和精確性。

現有的三維模型的建模方法存在如下缺點：在幾何表示中，多邊形表示是最常見的方法，這種方法需要專業人員在三維建模軟件中進行建模，建模方法時間長，隨著建模對象復雜度增加建模會變得越來越困難，后期的真實感渲染將會消耗大量時間。樣條適合用于設計曲線和曲面的形狀，以及圖形數字化和指定場景中對象的動畫路徑或照相機位置，這種方法也僅適合于簡單物體的建模。分形方法適合描述樹、海岸線等自然景物，但要求形狀變化符合一定規律，并對分形的數學過程要有透徹的了解。點云表示可以對復雜模型進行精確的描述，但預處理過程復雜，點云繪制對圖形硬件的像素填充率要求較高，繪制效果的逼真性不夠好，點云模型表示三維對象常常需要利用原始采樣點插值逼近原模型細節，而且對于物體中大的平面表示效率較低。混合方法綜合了幾何表示和點云表示的優點，能夠根據實際情況自動選擇模型的表示方式，但是這種方法需要對模型進行預處理，這種處理增加了時間消耗。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于圖像的三維模型構成方法，其包含以下步驟:

（1）基于圖像的三維模型的表示方法：