基于多视角图像的三维重建技术研究

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随着科技的进步、生活水平的提高,教师与学生在教育教学过程中经常借助不同的媒体工具来辅助教学或学习。通常媒体设备是作为技术的载体,其中最为关键的内容是技术本身。媒体是承载信息的物体,技术是制造一种产品的系统知识,也是所采用的一种工艺或提供的一项服务。由此可见,利用不同的技术能够实现不同的功能和目的,再通过媒体为各个教师及学生所用。此外,在教育技术领域中非常重视以学生为主、以教师为辅的学习模式,例如翻转课堂、基于问题的学习、游戏化学习等等。因此大量的信息技术手段被广泛应用于教育教学中。当学生在学习图形的复杂空间结构及三维模型时,需要教师为其呈现相应的教学内容,否则学生可能无法完成该部分内容的学习任务。与此同时,科技的进步促进了数字化模型的广泛应用,近年来各种三维模型的需求量呈现急剧增长的趋势。如何建立更加精确的三维模型作为其中的关键部分也吸引了越来越多关注的目光。三维重建技术能够自动再现现实世界中物体或场景的三维点云模型,并广泛应用于建筑设计,医疗康复,文物保护,数字化建模等领域。基于图像的三维重建利用一系列多视图图像生成3D模型既便利也保持较低成本,相比交互式参数化建模技术和基于激光扫描的技术,基于图像的三维重建更容易推广。针对以往基于图像的三维重建的工作展开研究,通过分析、对比现有三维重建技术的基本思想和相关算法的优点与不足,提出基于多视角图像的三维重建算法,并对算法进行优化处理,以获取目标的稀疏三维点云,且具有较好的准确性和真实感。为实现以上目标,本研究首先从给定的多视角图像中提取特征点并对其不同图像的特征点进行匹配,以得到图像的分组;然后对各个分组计算其射影重构,并根据增量方法求解全局射影重构;最后根据相机自标定结果将射影重构恢复至度量重构,并对其结果利用最小化方法进行优化处理以得到最终的稀疏三维点云。三维重建在近几十年间存在大量的研究方法和技术。不同的专家学者针对不同的研究方向提出了各种各样的解决问题的方法。然而,到目前为止还没有一种最好的、通用的三维重建算法适应于所有的实际应用情况。由此可见,如何设计出有目的的性、有针对性的算法仍然有很大的挑战。为了从多视图图像中鲁棒地重建三维模型并提高结果的准确性,本文提出了一种从多视图图像重建三维点云的算法。本文设计了一种新的三维重建方法,它能较为精确地重建真实世界物体或场景的3D点云模型,用于虚拟物体或场景的生成。以及展示了如何计算多视图图像以执行基于SIFT匹配,基于多视图矩阵的射影重建、模型构建和细化,并且实验结果表明了本算法的结果具有较高的准确度和真实感。
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