[發(fā)明專利]一種基于參數(shù)化模型的三維細小物體重建方法

有效

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• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112330798B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設計）人: 蘇智勇;李惠芳;蔣素琴;單梁
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06F30/23;G06F30/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發(fā)明公開了一種基于參數(shù)化模型的三維細小物體重建方法。該方法包括以下步驟：構(gòu)建細小物體的三維形狀模型庫；統(tǒng)計模型庫中的形狀變形，建立參數(shù)化模板模型；根據(jù)形狀特點獲取三維形狀的特征點信息，提取特征點索引建立基于稀疏特征點的參數(shù)化模型；輸入待重建模型的二維圖像，提取二維特征點位置信息；計算輸入圖像特征點與參數(shù)化模型特征點之間的誤差，通過最小化目標函數(shù)優(yōu)化模型參數(shù)，根據(jù)優(yōu)化的模型參數(shù)對參數(shù)化模型進行調(diào)整，重建出與輸入圖像對應的三維網(wǎng)格模型。本發(fā)明基于參數(shù)化模型的三維細小物體重建方法，能夠根據(jù)單張RGB圖像重建出完整的、無噪聲點的三維網(wǎng)格模型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機輔助設計和計算機圖形學技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于參數(shù)化模型的三維細小物體重建方法。

背景技術(shù)

近年來三維模型在3D游戲、影視動漫、三維打印等多個領(lǐng)域都有著巨大的市場需求。然而，由于細小物體的視覺特征點較少，重建出完整的幾何模型成為了一件困難的事情。根據(jù)重建原理的不同，細小物體的重建方法主要分為以下幾類：

基于圖像的三維重建方法，這種方法是利用場景中的視覺特征點估計攝像機的姿態(tài)，然后識別紋理特征之間的密集點對應關(guān)系。由于細小物體的結(jié)構(gòu)缺乏紋理特征，且只有幾個像素寬，經(jīng)典的對應匹配方法表現(xiàn)不佳或失敗。此外，即使是很小的攝像機標定誤差也會嚴重影響重建精度。為了解決這個問題，有研究利用高階曲線原語進行圖像匹配。然而，這些工作假設輸入圖像是預先校準的，而這種假設通常很難滿足。

基于RGBD深度相機的三維重建方法，大多數(shù)方法使用截斷有符號距離場(TSDF)來對齊和整合深度掃描，從中可以提取出最終的曲面。這些方法可以成功地掃描重建出相對較大的結(jié)構(gòu)和環(huán)境。然而，由于大多數(shù)深度相機的高噪聲和低分辨率，使得它們無法捕捉到一些結(jié)構(gòu)較小的部位。

文獻(Lingjie Liu,Nenglun Chen,Duygu Ceylan,et al.CurveFusion:reconstructing thin structures from RGBD sequences[J].ACM Transactions onGraphics,2018,37(6):218:1-281:12)首次提出了一種利用RGBD相機重建高精度細絲狀結(jié)構(gòu)組成的物體的方法，使用曲線骨架代替截斷有符號距離場(TSDF)作為新的依賴于數(shù)據(jù)的融合原語來對齊和整合深度掃描。該方法所使用的基于紅外的深度傳感器僅適用于某些場景條件，如室內(nèi)無強光的環(huán)境和非黑色表面的物體，這大大限制了它的應用。此外，深度傳感器有限的深度分辨率限制了重建的最大精度，這常常導致復雜節(jié)點上的曲線缺失或拓撲結(jié)構(gòu)錯誤。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于參數(shù)化模型的三維細小物體重建方法，從而根據(jù)單張RGB圖像重建出完整的、無噪聲點的三維網(wǎng)格模型。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于參數(shù)化模型的三維細小物體重建方法，包括以下步驟：

步驟1、構(gòu)建細小物體的三維形狀模型庫；

步驟2、統(tǒng)計模型庫中的形狀變形，建立參數(shù)化模板模型；

步驟3、根據(jù)形狀特點獲取三維形狀的特征點信息，提取特征點索引建立基于稀疏特征點的參數(shù)化模型；

步驟4、輸入待重建模型的二維圖像，提取二維特征點位置信息；計算輸入圖像特征點與參數(shù)化模型特征點之間的誤差，通過最小化目標函數(shù)優(yōu)化模型參數(shù)，根據(jù)優(yōu)化的模型參數(shù)對參數(shù)化模型進行調(diào)整，重建出與輸入圖像對應的三維網(wǎng)格模型。

進一步地，步驟1所述的構(gòu)建細小物體的三維形狀模型庫，具體步驟如下：

步驟1.1、利用三維建模軟件C4D設計三維網(wǎng)格模板模型；

步驟1.2、對三維網(wǎng)格模板模型進行自由變形FFD合成新的三維網(wǎng)格模型，新合成的模型與模板模型具有相同的拓撲結(jié)構(gòu)和頂點數(shù)，且網(wǎng)格模型點對點稠密對應；