基于平面的建筑物表面模型重建算法的研究与实现

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1、*基于平面的建筑物表面模型重建算法的研究与实现刘培珺石教英(浙江大学CAD&CG国家重点实验室，杭州，310027)E-mail:{liupj,jyshi}@cad.zju.edu.cn摘要:针对建筑物模型的规则性，本文提出了一种基于平面的建筑物模型重建算法，可以从单幅透视图像恢复建筑物的表面模型。该方法主要分为相机定标，基平面的提取，平面位置和方向的计算等几个子过程。在我们的算法中，相机定标主要是用来求解相机的焦距，是一个非常重要的部分。我们利用建筑物场景中的几何结构作为约束条件，从单幅图像中求解相机的

2、焦距，然后计算基平面位置和法向。最后通过交互式操作指明场景中各平面之间的相互关系，递归求解各平面的位置和法向，达到根据图像重建场景模型的目的。关键字：平面，建筑物，图像建模中图法分类号：TP391.9ResearchandImplementationoftheAlgorithmforSurfaceReconstructionofArchitectureBasedonPlaneLiuPei-JunShiJiao-Ying(StateKeyLaboratoryofCAD&CGatZhejiangUnivers

3、ity,Hangzhou,310027,P.R.China)E-mail:{liupj,jyshi}@cad.zju.edu.cnAbstract:Totheregularcharacterofthearchitectures,anewalgorithmforarchitecturereconstructionbasedontheplaneisproposedinthispaper.Thesurfacemodelsofthearchitecturescanberecoveredfromoneperspec

4、tiveimagewithouralgorithm.Thealgorithmiscomposedofseveralsub-procedures:cameracalibration,pickingthebasicplane,computingthepositionsanddirectionsoftheplanesinrealscenes.Calculatingthecamera’sparametersisstillaveryimportantpartinouralgorithm.Weusethegeomet

5、ricstructureinthearchitecturetocalculatethefocallengthofthecameraandextractthebasicplanefirstly.Finally,thepositionalrelationshipsbetweentheplanesarepointedoutviainteractiveoperationandtheplanesarerecursivelycomputed.Thenthesurfacemodelofthearchitectureis

6、reconstructedconsequentially.1.引言基于图像的建模(Imagebasedmodeling)是当前计算机图形学和计算机视觉领域的研究热点。Tomasi等最早提出了用仿射变换因式分解的方法从图像序列中提取三维模型[1,2]，但是这种方法只适用于正投影的情况，这给该方法的应用带来了很大的限制。其后，Pollefeys等人在基于图像建模方面做了大量的工作[3-6]，并提出了一种新的基于图像的建模方法：给定两幅或多幅透视图像，利用计算机视觉原理，可以比较精确的恢复出场景物体的表面模型。

7、该方法适用于各种场景模型的重建，但是需要在图像对之间进行逐点的匹配，求解图像的密深图，所以速度较慢，而且像素点之间的匹配结果对重建结果的影响很大。此外，还有一些研究人员从单幅透视图像中提取场景物体的三维模型，我们称之为基于单幅图像的建模。一般来说，基于单幅图像的建模可以分为以下几类：一.通过重建场景中物体的面形成物体的表面模型，比较典型的是Criminisi、Liebowitz等人在文献[7,8]中描述的方法；二.以体为元素，将场景物体分为多个部分，利用已有的参数化模型，分别求出各部分的参数，然后根据各部

8、分之间的相互依赖关系将各个部分合成一个整体[9]；三.自由曲面的重建[10]。对于建筑物等场景，它们基本上是由规则的几何结构构成的，Pollefeys的算法进行逐点匹配速度太慢，是完全没有必要的。而且对于颜色比较单一的墙或者有重复纹理的结构等，进行逐点匹配时的误配率将会大大增加，这也将严重影响重建模型的效果。针对建筑物模型*本文工作由国家自然科学基金重点项目(No.60033010)和国家创新群体科学基金项目(No.60021