三维模型重建
建筑物三维模型重建的方法与实现
• 数字城市 • 数字考古 • 虚拟现实 • 数字娱乐
研究背景
➢ 建筑物三维模型重建
• 基于图片 • 基于激光扫描数据
一、课题研究背景 二、建筑物表面的数据获取 三、建筑物初始模型的建立 四、建筑物三角网格化简 五、目标物体移除与纹理修补技术 六、总结
数据获取系统
➢ 系统的组成：
• 激光扫描仪 (1)横向：系统相对定位数据 (2)纵向：建筑物表面模型数
iTu Tuv
angle(i
)
min_
angle(i
))
n
一、研究背景 二、建筑物表面的数据获取 三、建筑物初始模型的建立 四、建筑物三角网格化简 五、纹理修补技术 六、总结
纹理修补
➢目的：
在采集到的纹理图片中移除建筑物前的遮挡物 体，并用适当的纹理填充。
➢方法：
• 对要移除的遮挡物进行提取 • 对该目标区域沿轮廓线逐样本块进行修补。
三维点云预处理
➢作用：消除噪声干扰 ➢方法：
•滤波优化：消除噪声，提取背景层。 •平滑处理：平滑表面。
三维点云预处理
➢作用：消除噪声干扰 ➢方法：
•滤波优化：消除噪声，提取背景层。 •平滑处理：平滑表面。
建筑物初始模型的建立
➢ 三维空间点云的建立 ➢ 三维点云预处理 ➢ 生成初始网格模型
Rapidform三维空间点云处理软件。
• 根据代价值由小到大的顺序进行化简。
D2 (v)
(ax by cz d )2 (a2 b2 c2)
(ax by
cz d )2
( pTv)2
(vT
p)2
(v) ( pT v)2 p planes ( v )
(v)
三维重建技术的现状与发展
三维重建技术的现状与发展在当今科技飞速发展的时代，三维重建技术正逐渐成为众多领域的重要工具，从医学、娱乐到工业制造，其应用范围不断扩大，为我们的生活和工作带来了前所未有的便利。
三维重建技术，简单来说，就是通过各种手段获取物体或场景的信息，然后利用计算机算法和数学模型将这些信息转化为三维模型的过程。
这项技术的出现，让我们能够以更加直观和全面的方式理解和处理现实世界中的物体和场景。
目前，三维重建技术主要有以下几种常见的方法。
基于图像的三维重建是其中应用较为广泛的一种。
通过拍摄物体或场景的多张照片，利用计算机视觉算法对这些照片进行分析和处理，从而提取出物体的形状、纹理等信息，进而构建出三维模型。
这种方法成本相对较低，操作较为简便，但对拍摄环境和照片质量有一定要求。
激光扫描技术也是一种重要的三维重建手段。
它通过向物体或场景发射激光束，然后测量激光返回的时间和强度，从而获取物体表面的精确坐标信息。
这种方法精度高，但设备昂贵，且在处理复杂场景时可能会受到一些限制。
结构光技术则是通过投射特定的图案到物体表面，然后根据变形的图案来计算物体的形状。
它在精度和速度方面都有较好的表现，在一些消费级电子产品中已经得到了应用。
在医学领域，三维重建技术发挥着至关重要的作用。
例如，在外科手术中，医生可以通过对患者的器官进行三维重建，更加清晰地了解病变部位的结构和位置，从而制定更加精准的手术方案。
在口腔医学中，三维重建技术可以用于制作个性化的牙冠和假牙，提高治疗效果和患者的舒适度。
在娱乐产业，三维重建技术为电影和游戏带来了更加逼真的视觉效果。
通过对演员的动作和表情进行三维重建，可以创建出栩栩如生的虚拟角色。
在游戏中，玩家可以沉浸在更加真实的三维场景中，获得更加丰富的游戏体验。
工业制造领域同样离不开三维重建技术。
在产品设计阶段，设计师可以通过对现有产品进行三维重建，快速获取其尺寸和形状信息，为新产品的开发提供参考。
在质量检测方面，利用三维重建技术可以对零部件进行精确测量和分析，确保产品质量符合标准。
三维重建的原理
三维重建的原理
1.数据采集：三维重建最基础的环节就是数据采集，在现代科技的支持下，通过激光扫描、相机拍摄、雷达探测等手段，可以获得大量的数字图像、点云数据或者深度数据等，这些数据将成为建立三维模型的基础。
2. 数据处理：采集下来的数据需要进行处理，例如去噪、拼接、配准等操作，以保证数据的准确性和完整性。
3. 建模算法：在数据处理完成后，需要通过一些算法将数据转化为三维模型。
主要有点云重建、立体视觉重建、结构光测量重建等技术。
4. 纹理映射：建立了三维模型之后，还需要将二维图像投影到三维模型表面上，以呈现真实的物体质感和色彩。
5. 数据后处理：在三维重建的过程中，还需要进行一些后处理，例如纹理映射、光线追踪、渲染等技术，以提高建立的三维模型的真实感和可视性。
综上所述，三维重建是一项涉及多个领域的综合性技术，其实现原理基于数据采集、数据处理、建模算法、纹理映射及数据后处理等基本原理。
通过三维重建技术，可以实现对物体及场景的准确模拟，广泛应用于数字艺术设计、建筑、地质、医学等领域。
- 1 -。
三维模型重建技术简介
三维模型重建技术简介一、引言在现代科技的不断发展中，三维模型重建技术逐渐成为各个领域中不可或缺的工具。
通过将现实世界中的物体、场景以及人物等实体重新构建成虚拟的三维模型，人们可以更加便捷地进行设计、仿真、游戏制作等各种应用。
本文将对三维模型重建技术进行简要介绍。
二、三维模型的概念三维模型指的是将现实世界中的物体、场景等用计算机图形学的方法构建成虚拟的三维对象。
与传统的二维图形相比，三维模型具有更多的细节和真实感，能够提供更加逼真的视觉效果。
三、三维模型重建的意义三维模型重建技术的应用范围广泛，它不仅在游戏、电影等娱乐产业中得到广泛应用，同时也在建筑、制造业、医学等众多领域发挥着重要作用。
比如，在建筑设计中，三维模型可以帮助设计师更好地理解建筑结构，加速设计过程，提高设计效率；在工业制造中，三维模型可以用于产品设计和生产过程的仿真，避免浪费资源和时间；在医学领域，通过三维模型可以更好地进行手术规划和模拟，减少手术风险。
四、三维模型重建的技术原理三维模型重建的技术原理主要包括三维扫描、点云数据处理和表面重建等几个步骤。
首先，通过三维扫描仪等设备对现实世界中的物体进行扫描，获取物体的点云数据。
点云数据是一系列坐标点的集合，每个点都有其在三维空间中的位置坐标。
接下来，对点云数据进行预处理，包括去噪、过滤以及配准等操作。
通过这些处理，可以去除扫描过程中产生的噪点和冗余数据，并将多个点云数据融合为一个完整的点云模型。
最后，通过表面重建算法，将点云数据转化为具有表面结构的三维模型。
表面重建算法根据点云数据之间的关系，计算出物体的表面形状，生成一个能够精确描述物体外部几何特征的三维模型。
五、三维模型重建的应用案例三维模型重建技术在众多领域都有广泛的应用。
以下列举几个典型的案例。
1. 建筑设计：通过三维模型重建技术，设计师可以将建筑物的外观和内部结构以虚拟的形式呈现出来，并可以进行各种改进、测试和优化，从而提高建筑设计的效果。
三维重建技术的现状与发展
三维重建技术的现状与发展在当今科技飞速发展的时代，三维重建技术正以惊人的速度改变着我们的生活和工作方式。
从电影特效到医疗诊断，从工业设计到城市规划，三维重建技术的应用领域越来越广泛，其重要性也日益凸显。
三维重建技术是指通过各种手段获取物体或场景的几何形状、表面纹理等信息，并将其转化为计算机可处理的三维模型的过程。
目前，常见的三维重建技术方法主要包括基于图像的重建、基于激光扫描的重建以及基于深度相机的重建等。
基于图像的三维重建技术是一种较为常见且成本较低的方法。
它通常利用多幅从不同角度拍摄的图像来计算物体的三维信息。
通过特征点匹配、相机位姿估计等算法，可以重建出物体的大致形状。
然而，这种方法在处理复杂场景和细节丰富的物体时，可能会出现精度不够高、重建结果不够完整等问题。
基于激光扫描的三维重建技术则具有较高的精度和准确性。
通过向物体发射激光束，并测量激光束的反射时间和角度，可以精确地获取物体表面的三维坐标。
这种方法在工业测量、文物保护等领域得到了广泛应用。
但激光扫描设备通常较为昂贵，且操作复杂，对使用环境也有一定要求。
基于深度相机的三维重建技术是近年来发展迅速的一种方法。
深度相机能够直接获取物体的深度信息，结合彩色图像，可以快速重建出物体的三维模型。
不过，深度相机的测量范围和精度在一定程度上受到限制。
在应用方面，三维重建技术在医疗领域发挥着重要作用。
医生可以通过对患者器官的三维重建，更直观地了解病变部位的结构和形态，从而制定更精准的治疗方案。
在口腔医学中，三维重建技术可以帮助制作更贴合患者口腔结构的假牙和正畸器具。
在工业设计领域，三维重建技术让设计师能够快速获取实物的三维模型，并在此基础上进行创新设计和优化改进。
这不仅提高了设计效率，还降低了研发成本。
在影视娱乐行业，三维重建技术为电影和游戏带来了更加逼真的视觉效果。
通过对演员和场景的三维重建，可以创造出令人惊叹的特效和虚拟场景。
然而，三维重建技术目前仍面临一些挑战。
三维重建的原理及应用
三维重建的原理及应用三维重建是指通过相机或激光扫描仪等设备获取到的二维图像或点云数据，通过一系列的算法和方法，将其转化为三维模型的过程。
三维重建技术有着广泛的应用领域，包括计算机视觉领域、工业设计、虚拟现实、医学影像处理等。
三维重建的原理主要包括图像处理、相机标定、点云处理和模型构建几个方面。
首先，图像处理是三维重建的基础，其中包括图像去噪、边缘检测、特征提取等步骤。
图像去噪可以去除图像中的噪声，边缘检测则可以提取出物体的边界信息，特征提取则可以获取到物体的特征点信息。
其次，相机标定是确定相机内外参数的过程，以获取到相机对物体的观察角度和距离等信息。
相机内参数包括相机的焦距、主点位置等，而相机外参数包括相机在世界坐标系下的位置和朝向等。
然后，点云处理是将点云数据从二维图像或激光扫描结果中提取出来，并进行滤波、配准等处理。
滤波可以去除点云数据中的噪声，配准则可以将不同视角下的点云数据融合起来。
最后，模型构建是将处理后的点云数据或图像数据转化为三维模型的过程。
根据点云数据的密度和分布，可以使用网格模型或体素模型等方式进行重建。
网格模型是由一系列三角面片组成的，可以通过点云数据的表面重建得到。
而体素模型则是将点云数据划分为一系列小立方体，可以获得更加精确的三维数据。
三维重建技术有着广泛的应用领域。
在计算机视觉领域，三维重建可以用于物体识别、场景重建等任务。
通过三维重建，可以从多个角度获取到物体的视觉信息，用于物体的识别和跟踪。
同时，可以通过多个视角的照片或点云数据重建出整个场景的三维模型，用于虚拟现实、增强现实等应用。
在工业设计中，三维重建可以用于产品的设计与制造。
借助三维重建技术，可以将物理产品转化为三维模型，进行模拟和优化。
通过对模型进行修改和调整，可以降低产品的设计成本和开发周期。
在医学影像处理中，三维重建可以用于医学图像的处理与分析。
通过将多张医学影像的二维切片数据重建成三维模型，医生可以更加直观地进行病变检测和手术规划。
三维重建方法描述
三维重建方法描述三维重建是一种将现实世界中的物体或场景转化为三维模型的方法。
它在许多领域中得到广泛应用，如计算机图形学、计算机视觉、虚拟现实、增强现实等。
三维重建的方法有很多种，下面将介绍其中几种常见的方法。
1. 点云重建：点云是由大量离散的点组成的三维数据集。
点云重建的目标是根据离散的点云数据恢复出原始物体的形状和结构。
点云重建方法包括基于三角化的方法、基于体素的方法和基于图像的方法等。
其中，基于三角化的方法通过将点云中的点连接成三角形网格来重建物体的表面。
基于体素的方法将点云分割成小的立方体单元，然后通过填充和融合等操作来重建物体的形状。
基于图像的方法则是通过从多个图像中提取特征点，并将这些特征点匹配起来，从而重建物体的三维模型。
2. 立体视觉重建：立体视觉重建是利用多个图像或多个视角的图像来重建物体的三维模型。
这种方法利用了人眼的双目视觉原理，通过比较两个视角的图像中的像素点的位置差异来推测物体的深度信息。
立体视觉重建的方法包括基于立体匹配的方法、基于三角测量的方法和基于图像分割的方法等。
其中，基于立体匹配的方法通过比较两个视角的图像中的像素点的灰度值或颜色值的差异来计算深度信息。
基于三角测量的方法则是利用多个视角的图像中的特征点的位置信息来计算物体的三维坐标。
基于图像分割的方法则是首先对图像进行分割，然后通过分割结果来计算物体的三维模型。
3. 深度学习重建：深度学习是一种模拟人脑神经网络的机器学习方法，可以用于三维重建。
深度学习重建的方法包括基于卷积神经网络的方法、基于生成对抗网络的方法和基于循环神经网络的方法等。
其中，基于卷积神经网络的方法通过学习大量的图像数据来预测物体的三维形状。
基于生成对抗网络的方法则是通过训练一个生成器和一个判别器来生成逼真的三维模型。
基于循环神经网络的方法则是通过学习序列数据来预测物体的三维形状。
三维重建方法的选择取决于应用的需求和可用的数据。
不同的方法有着各自的优势和局限性。
三维重建的四种常用方法
三维重建的四种常用方法在计算机视觉和计算机图形学领域中，三维重建是指根据一组二维图像或其他类型的感知数据，恢复或重建出一个三维场景的过程。
三维重建在许多领域中都具有重要的应用，例如建筑设计、虚拟现实、医学影像等。
本文将介绍四种常用的三维重建方法，包括立体视觉方法、结构光法、多视图几何法和深度学习方法。
1. 立体视觉方法立体视觉方法利用两个或多个摄像机从不同的视角拍摄同一场景，并通过计算图像间的差异来推断物体的深度信息。
该方法通常包括以下步骤：•摄像机标定：确定摄像机的内外参数，以便后续的图像处理和几何计算。
•特征提取与匹配：从不同视角的图像中提取特征点，并通过匹配这些特征点来计算相机之间的相对位置。
•深度计算：根据图像间的视差信息，通过三角测量等方法计算物体的深度或距离。
立体视觉方法的优点是原理简单，计算速度快，适用于在实时系统中进行快速三维重建。
然而，该方法对摄像机的标定要求较高，对纹理丰富的场景效果较好，而对纹理缺乏或重复的场景效果较差。
2. 结构光法结构光法利用投影仪投射特殊的光纹或光条到被重建物体表面上，通过观察被投射光纹的形变来推断其三维形状。
该方法通常包括以下步骤：•投影仪标定：确定投影仪的内外参数，以便后续的光纹匹配和几何计算。
•光纹投影：将特殊的光纹或光条投射到被重建物体表面上。
•形状计算：通过观察被投射光纹的形变，推断物体的三维形状。
结构光法的优点是可以获取目标表面的细节和纹理信息，适用于对表面细节要求较高的三维重建。
然而，该方法对光照环境要求较高，并且在光纹投影和形状计算过程中容易受到干扰。
3. 多视图几何法多视图几何法利用多个摄像机从不同视角观察同一场景，并通过计算摄像机之间的几何关系来推断物体的三维结构。
该方法通常包括以下步骤：•摄像机标定：确定每个摄像机的内外参数，以便后续的图像处理和几何计算。
•特征提取与匹配：从不同视角的图像中提取特征点，并通过匹配这些特征点来计算摄像机之间的相对位置。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
曲面光顺处理 曲面光顺转化为网格线的光顺性问题
本章小结
本章阐述了曲面造型在逆向工程的作用。介绍了曲线拟 合造型和曲面片直接拟合造型两种常用的曲面生成方法， 并介绍了曲线、曲面的光顺评价准则和处理方式。 在实践中，进行模型重构时选择哪种造型方法取决于 测量数据的类型和模型的几何特征以及曲面的复杂性。
应用这种三边域曲面重构方法的典型商用软件是 Geomagic 软件。该软件可轻易地从扫描所得 的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并 可自动转换为 NURBS 曲面。
Geomagic软件主要应用于快速消费品、玩具及 其非工业成品（如医学方面、文物和艺术品保存） 方面。
该软件具有多元化的功能，即能处理几何曲面造 型，又能处理以CT和MRI数据为代表的断层界面 数据造型，使软件在医疗成像领域具有影响力。
逆向工程技术及其应用
第四章 三维模型重建
教学目标： （1） 理解：逆向工程中三维模型重构的过程和方 法。 （2） 掌握：曲线拟合造型和曲面片直接拟合造型 的方法和技巧。 （7） 理解：三维模型的质量评价方法和曲线和曲 论 第二节 曲线拟合造型
第三节 曲面片直接拟合造型
主要功能包括：
把多边形 转换为曲面
曲面分析 (公差分析等)
Geomagic Studio软件工作流程如下图所示：
3D扫描
点处理
三角面片化
曲面构建
CAD/CAE/CAM/ RP/RT/...
曲面重构方法的比较 ：
应用四边域曲面重构方法的Imageware软件 在点云数据处理、曲线构建和曲面构建方面有很强 的优势，能快速重构高品质的曲面； 在曲面的实时检测与分析中，可以提供多样的比较 图示，方便技术人员及时准确的把握曲面特征， 并进行适当地修改； 将Imageware软件和UG软件过渡面的生成和实体生 成方面的功能结合运用在汽车、航空、航天、家 电、模具、计算机零部件等多个领域，将达到高 效、快捷的目的，大大提高生产效率。
第四节 模型质量评价
课前复习
逆向工程中曲面重构的特点、重构过程及其重构 曲面的二种方法。 逆向工程中基于曲线的拟合造型方法以及相应的 软件。
第四节
曲面片直接拟合造型
曲面片直接拟合造型是直接对测量数据点进行曲面片拟 合，获得曲面片经过过渡、混合、连接形成最终的曲面模 型。曲面直接拟合造型既可以处理有序点，也能处理点云 数据（散乱点）. 实 图4-4 曲面片拟合造型 体 曲 曲 模 下 数 模 数 面 面 型 采 游 据 型 字 片 模 集 应 与 评 化 拟 型 数 用 处 价 设 合 重 据 理 备 建
该软件主要包括Geomagic Qualify,Geomagic Shape,Geomagic Wrap,Geomagic Decimate,Geomagic Capture等五个模块。
自动将点云 数据转换为 多边形 输出匹配的 文件格式 (IGS、STL等)。
快速减少 多边形数目 (Decimate)
检验制造产品与CAD模型的差异 基于重构的CAD模型，首先对产品进行数字化，然 后将数据点和模型对齐后，通过计算点到模型的 距离来比较差异。一般通过专用的逆向软件的自 带功能实现。
曲线评价： 曲线光顺评价
曲率梳
曲线光顺处理
曲面评价： 曲面光顺评价 反射线法 高光线法 等照度法 焦点曲面法
第四节 模型质量评价
重构的 CAD 模型能否表现产品实物？ 两者之间的误差有多大？
由逆向工程中重构得到的模型和实物样件的误差 到底有多大? 所建立的模型是否可以接受? 比较实物模型与CAD模型的差异 通过比较点云数据模型和 CAD 模型的差异, 评价模型精度对曲面光顺性能质量进行评价.
根据模型制造的零件是否与数学模型相吻合。
作业： 做出曲面片拟合造型的过程图。
应用三边域曲面重构方法的Geomagic Studio软件 主要是采用基于三角域曲面重构法，然后再通过曲 面转换模块来完成。样品经过点云数据的获取、 点云预处理等操作，然后就进行曲面重构。 优势在于其强大的点云处理能力和快速构面功能， 能很大地提高经济效益，将其与UG强大的实体功 能的结合将结合在一起，应用在快速消费品、玩 具及其非工业成品（如医学方面、文物和艺术品 保存）方面，将收到意想不到的效果，节省很多 生产的时间成本。