建筑物三维模型重建的方法与实现

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1、建筑物三维模型重建的方法与实现一、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、总结研究背景Ø建筑物三维模型重建以与大连泰康公司合作的三维游戏为背景，对客观存在的建筑物用计算机进行真实的三维重建，增强游戏的真实感。Ø应用领域•数字城市•数字考古•虚拟现实•数字娱乐研究背景Ø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

2、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Ø系统的组成：•激光扫描仪(1)横向：系统相对定位数据(2)纵向：建筑物表面模型数据•数码摄像机：建筑物表面纹理数据•GPS全球卫星定位系统：系统全局定位数据•倾角测量仪：道路坡度信息一、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、总结建筑物初始模型的建立Ø三维空间点云的建立Ø三维点云预处理Ø生成初始网格模型建筑物初始模型的建立Ø三维空间

3、点云的建立•扫描匹配方法——相对定位•GPS校正法——全局定位Ø三维点云预处理Ø生成初始网格模型建筑物初始模型的建立Ø三维空间点云的建立Ø三维点云预处理•建筑物表面反射率低导致激光信号弱。•扫描仪的固有误差。•树木、行人或车辆的遮挡。Ø生成初始网格模型三维点云预处理Ø作用：消除噪声干扰Ø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Ø作用：消除噪声干扰Ø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Ø三维空间点云的建立Ø三维点云预处理

4、Ø生成初始网格模型Rapidform三维空间点云处理软件。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、目标物体移除与纹理修补技术六、总结建筑物三角网格化简Ø作用：在尽可能保持原始模型特征的情况下，最大限度地减少原始模型的三角形和顶点的数目。•顶点最少原则•误差最小原则Ø目前现行方法在楼体表面网格化简上的比较。1.最短边优先化简2.基于法向的网格化简3.边折叠法最短边优先化简Ø方法：排序网格中所有的边长，用堆来存储。依次删除边长最小的边，直到达到预期的三角形数

5、目。Ø缺点：容易丢失局部区域的框架结构。下图为从22011个三角形化简到4201个三角形的效果。基于法向的网格化简Ø化简依据•平面区域：平面区域的多边形应合并成较大的多边形。•陡边：相邻的两个多边形的二面角小于一定阈值的边。•凸点：曲率较大的顶点。cost(u,v)uvmax{min{(1f.normaln.normal)2}}fTunTuvØ下图是从22011个三角形化简到4228个三角形的效果。边折叠法Ø点到平面距离的平方和作为误差度量。•选取两顶点距离小于一定阈值的点对，并计算

6、两点对之间的代价函数。•根据代价值由小到大的顺序进行化简。22(axbyczd)2T2T2D(v)(axbyczd)(pv)(vp)222(abc)T2(v)(pv)pplanes(v)TTTTT(v)(vp)(pv)v(pp)vv(K)vppplanes(v)pplanes(v)pplanes(v)TQ(v)(v)(v1,v2)vQQv1Qv2(v)vQvvv边折叠法Ø根据上述方法，22011个三角形最终被化简为49

7、23个三角形。尽管效果较前两种算法有很大提高，但是网格的数目也多了近1000个。边折叠法改进Ø将边折叠后生成的新三角形的形态质量因子引入到折叠代价函数的计算当中，限制狭长三角形的产生，避免模型视觉特征的急剧改变。改进后局部特征得到很好的保留，并且网格数目可缩小到4020个。CollapseCost(u,v)(v)uvavg_angle(max_angle()min_angle())iiavg_angleiTuTuvn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

8、四、建筑物三角网格化简五、纹理修补技术六、总结纹理修补Ø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。Ø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。修补过程w定义目标块p的优先级为P(p)C(p)D(p)其中C(p)为信任项，D(p)为数据项，表达式如下：C(p)qp(I)IpnpC,D(p)(p)pw设目标块具有最高优先级,记是源区域中与ppq最相似的源块。相似性的判断方法