三维重建技术研究及其在飞行器外形设计中的应用

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1、南京航空航天大学博士学位论文三维重建技术研究及其在飞行器外形设计中的应用姓名：王翔申请学位级别：博士专业：飞行器设计指导教师：丁运亮2010-05南京航空航天大学博士学位论文摘要目标实体的三维重建技术已成为计算机视觉领域的一个十分重要的分支。本文正是从飞行器的三维重建这一课题出发，深入研究和探讨了基于工程视图的目标实体三维重建技术。本文的研究对象以输入为标准格式的工程二维视图。工程视图中含有大量的投影信息，其中既包含了投影实体的几何尺寸信息如：轮廓形状、尺寸大小等，又包含了投影实体的几何拓扑信息如：点、边、面的邻接关系等。但是由于在从空间向

2、平面投影的过程中遗失了大量的几何拓扑信息，从而导致了仅由二维投影视图信息恢复目标实体的三维模型难度大增。如何利用已有的二维投影视图信息加上辅助的工具如：投影法则等手段重建实体的三维模型是本文研究的着眼点。由于工程视图中含有大量干扰图素，为了去除这些噪声干扰以及便于计算机更好地理解二维投影视图，首先需要对输入的二维工程视图进行预处理。实体的重建工作是分两个部分进行的，即平面体（包含规则曲面体）和曲面体。平面体的重建采用的是基于添加辅助线的构造实体几何（ConstrctiveSolidGeometry）重建算法。通过对二维视图进行添加辅助线处理

3、以达到加速基本体素识别和提取的目的，同时又可以避免错解的产生。算法还着重探讨了视图中含剖视图的重建方法，算法可以对含全剖、半剖以及平行剖视图在内的实体进行重建。本文将斜对称检测引入到了二次曲面体的重建中来。利用了对称这一特殊约束解决了二次曲面体的三维重建问题。首先通过在平面投影中的面内斜对称轴检测得到面内斜对称轴，继而生成斜对称面。利用“五点法”构造投影曲线，得到投影二次曲线的参数表达式，通过三视图相应的投影曲线构造空间二次曲线的坐标式参数方程。然后在检测到的斜对称面内将二次曲线旋转即可得到二次曲面体，最后将目标实体向投影面投影，通过投影匹

4、配来检测解的正确性。由于斜对称投影对于物体的空间位置没有要求，故算法能够处理任意放置的二次曲面体，扩大了实体的覆盖域。本文构造了一种三次参数H-样条曲线，该曲线具有良好的保凸性和可控性，可将其应用于飞行器自由曲线、曲面设计中，经算例验证取得了较好的设计效果。本文的重建对象是飞行器，针对飞行器的各个部件以及总体外形均进行了算例验证。所有算法和程序采用C/C++语言编制。关键词：计算机视觉，三维重建，工程视图，CSG算法，斜对称检测，飞行器I三维重建技术研究及其在飞行器外形设计中的应用AbstractThe3Dreconstructiontec

5、hnologyofthetargetsolidshasbeenoneoftheimportantbranchesinthefieldofcomputervision.Basedontheengineeringviewsithasbeendeeplystudiedandprobedfromtheproblemofthe3Dreconstructionforaircraftinthispaper.2Dengineeringdrawings,beingtheinputof3Dreconstructionsystem,containsbothgeo

6、metricalinformationsuchasshapes&sizesandtopologicalinformationliketheconnectivityofpoints,edgesandfacesofthetargetsolid.Thelossoftopologicalinformationaggravatesthecomplexityof3Dreconstructionprocess.Thusthefocusof3Dreconstructionturnsouttobetherecoveryoflosttopologicalinf

7、ormationduringprojection.Duetoincludingalotofdisturbeddrawing-elementspretreatmentofengineeringviewsisfirstneededtoanswerthepurposeofpurifyinginputnoiseandmakingtheinputdatamorefavorabletocompter.Thetargetobjectsaredividedintotwocategories:planarsurfaceandcurvedsurfacesoli

8、ds.PlanarsurfacesolidsarereconstructedusingConstructiveSolidGeometry(CSG)themewithimprove