采用变形模型的图像序列可视外壳计算方法

针对基于图像序列变形模型三维重建中至关重要的初始模型计算问题,提出一种基于图像序列计算可视外壳的方法.该方法基于Snake活动轮廓变形模型,将真实物体可视外壳的计算问题转化为初始曲面通过内外力作用驱动收敛于目标物体的问题.以真实物体图像序列中提取的物体轮廓为输入,根据轮廓信息和光滑度信息计算内力及轮廓力大小,驱动球体初始曲面变形收敛于可视外壳;在变形过程中加入删除短边、分裂长边、对角线翻转等网格优化操作,以避免发生网格错乱.实验结果表明,文中方法有效地克服了传统的基于体元素细分产生网格算法网格质量不高的缺点,且参数可调,易于实现,占用内存少,生成的曲面更加光滑,细节恢复效果理想.     

一种可视外壳的快速拓扑生成算法

针对各种传统可视外壳生成算法中数据冗余及壮健性不足等问题，提出了一种新的从阴影图像中快速重构物体可视外壳的壮健的算法，即首先利用物体表面的拓扑结构直接生成外壳，然后使用改进的SurfaceNet算法光滑三维表面，从而在保留经典的体求交方法壮健性的基础上，克服了对于物体内部点的冗余计算和存储问题，不仅使得计算的时间复杂度降低到仅线性依赖于外壳上结点的数目，而且降低了像片数对算法复杂度产生的影响，实验结果表明，在算法复杂度和壮健性上优于诸如八叉树等传统可视外壳算法。     

基于双视角的可见外壳三维重建研究

针对双目视觉重建方法在三维重建过程中步骤繁琐与重建效果不理想的问题,文中提出了一种基于双视角下可见外壳的三维重建方法。该方法主要借助平面镜成像原理,在不同视角拍摄包含物体与其成像的两幅图像,并根据成像原理确定物体之间的位置关系。通过相机与周围物体的运动关系求得相机参数,实现相机自标定。然后根据阈值分割及区域生长算法处理边缘信息得到目标轮廓,通过可见外壳方法计算侧影轮廓线,连接轮廓线形成重建模型。该方法通过自适应可见外壳种子体素生长在不了解物体先验知识的情况下完成重建。文中对比文献"基于图像轮廓的三维重建方法"中的单视角重建物体方法,提出了双视角重建物体模型方法。实验结果表明,双视角重建方法简单实用,生成的三维模型准确真实。     

一种可见外壳生成算法

提出了一种可见外壳(visual hulls)生成算法.该算法充分发挥了自适应采样距离场(adaptively sampled distance fields,简称ADFs)表示物体时在逼近精度和内存消耗方面的优越性.与传统的通过体素求交生成可见外壳的方法不同,该算法引入ADFs作为描述可见外壳的采样距离场的空间数据组织形式,从而极大地简化了求交运算,提高了算法的效率.最后通过改进的SurfaceNets算法,将可见外壳的ADF表示转化为面片表示.实验结果表明,该算法可以快速地生成具有较高精度的复杂模型.     

GPU并行计算加速的实时可视外壳三维重建及其虚实交互

针对现有的基于图像的三维重建方法难以实现真实物体的快速三维重建,无法满足虚实交互等应用需求的问题,提出一种基于GPU并行计算的实时三维重建及其虚实交互方法.首先把物体所在空间剖分成具有数据独立性的体素集合,结合可视外壳重建算法和精确行进立方体算法并行遍历每个体素得到体素状态序列;然后并行压缩体素状态序列得到非空体素集合,对非空体素进行并行三角形网格化,并利用图形硬件的多重纹理映射和可编程功能进行基于像素的纹理映射;最后假定虚拟物体的粒子为运动受限的拉格朗日流体粒子,重建物体网格顶点为流体边界,通过流体动力学方程的并行光滑粒子动力学方法求解来计算虚实交互.实验结果表明,该方法在GPU上进行完全并行求解,在32×32×32的空间剖分精度下,实现了实时三维重建和20帧/s左右的虚实交互计算,适用于计算机图形学和虚拟现实等领域中的虚实交互应用.     

散乱点云的快速增量网格重建算法

散乱数据的网格重建是数字几何处理的基础性技术之一.本文提出一种快速增量式散乱点云网格重建算法,运用波前( Wave Front)方法渐进地由点云数据生成物体表面的网格模型.该算法以一个”种子”三角形初始化搜索队列,以逐渐生成的新边为搜索元素,借助Kd-树空间划分技术和搜索约束条件,快速完成优化点的评估及三角面片重建,可在保证网格质量的同时,过滤部分对重建效果意义不大的点.实验表明,该算法能够高效、可靠地生成具有不同几何复杂度的原始曲面二维流形三角网格逼近,适用于海量数据点的网格重建.     

体素可视外壳并行优化建模方法

基于体的可视外壳重建不需要复杂的几何计算,易于实现,但其精度和效率仍不理想。提出一种基于统一计算架构(CUDA)和行进立方体(MC)的体素可视外壳并行优化建模方法,将体素相交判断和等值面抽取过程并行分解,利用CUDA的内核多线程机制加速建模;在MC网格化阶段,提取准确交点并消除冗余边计算;利用像素着色器实现混合权重的纹理映射,提高模型精度。在多摄像机采集装置DreamWorld上的实验结果表明,本文方法能够对多个动态物体进行实时准确的3维建模。     

改进主动轮廓线模型在图像分割中的应用

主动轮廓线模型(Active Contour Model,ACM),也称作蛇(Snake)模型,是一种常用的图像分割算法。在基于主动轮廓线的图像分割中,深度凹陷边界的逼近和弱边界区域的分割一直是一个难点。引入了一种局部纹理模型(Local Profile Model)匹配算法,通过匹配沿控制点法线方向像素和局部纹理模型可以确定弱边界区域的真实边界,并结合一种新的计算控制点曲率外力的算法,使得主动轮廓线模型能够逼近图像的深度凹陷区域的同时提高算法的收敛速度。实验结果表明,该方法是有效的。     

增强现实场景光源的实时检测方法和真实感渲染框架

首先通过检测视频定位标记表面辐照度的变化和真实光源之间的关系建立模型；然后在交互过程中迭代计算真实场景中光源的强度和方向，并将它集成到一个高效的基于场景管理的增强现实应用开发框架中．实验结果表明，使用该算法自动生成的虚拟光源可以近似地逼近真实场景的光照，在具有一个或多个真实光源的增强现实环境中使虚拟物体和真实物体能产生近似一致的光照效果．     

基于可视外壳的cage 生成

借助cage 作为代理几何来处理高精度复杂模型,正成为计算机动画与几何造型中的一种重要方法.目前,已有的cage 生成算法尚缺乏普适性,很大程度上依赖于几何的表示和模型的复杂度.因此,提出一种基于可视外壳的cage 生成算法.通过逆向模拟计算机视觉领域可视外壳的生成过程获取cage,以实现cage 生成与几何表示和模型复杂度无关的目标.实验结果表明,该方法易于实现且效率高.     

基于局部空间变换的直线段之间求交的方法研究

在计算机制图和地理信息系统应用中,线段之间求交计算量大、计算复杂,尽管已有研究者提出了一些可有效减少计算量的方法,但对直线段之间求交仍采用传统的计算方法;针对上述情况,提出了通过局部空间变换的方法,简化直线段之间的求交过程,且在一定程度上可降低算法的复杂度,提高算法的效率。并在试验中得到了初步证实,但尚需更进一步的试验和完善。     

增量式精确多面体可见外壳

提出一种新的增量式计算精确多面体可见外壳的算法IEPVH。首先,在新视图的图像平面,计算旧可见外壳的边被新光椎切割得到的交点。然后,恢复旧可见外壳的边上交点的局部方向信息并同时获得新光椎边上的交点。接着,恢复新光椎边上交点的局部方向信息。最后,新可见外壳的多边形面片通过一次遍历网格的边的过程被识别出来,并为了便于显示而被划分为三角面片。与EPVH等其他算法相比,IEPVH不但能够让用户更多地参与基于图像3维重建的过程,而且具有空间计算复杂度小。实验证明此算法的高效和鲁棒性。IEPVH的特点使其更易于在移动设备中得到应用。     

连接不相交线段成简单多边形(链)的算法及其实现

提出一个如何连接平面上n条线段与一个简单多边形或者简单多边形链的实际问题，并证明了连接平面上线段集S成一简单多边形链的一个充分条件——S中有一条线段连接凸壳CH（S）中不相领顶点。提出了连接平面上线段集S成一简单多边形或者简单多边形链的算法，其基本思想是首先农层计算线段集S的凸壳，并将这些凸壳改变为简单多边形；然后计算各多边形之间的交点，进而删去这些交点；最后俣并若干个简单多边形为一个简单多边形。当S中线段数目n较大时，用分治思想设计分治算法，较好地求解了这个问题。利用计算机求解这个问题具有实际应用价值。     

Capturing crossings: Convex hulls of segment and plane intersections

We give a simple O(nlogn) algorithm to compute the convex hull of the (possibly Θ(n²)) intersection points in an arrangement of n line segments in the plane. We also show an arrangement of dn hyperplanes in d-dimensions whose arrangement has Θ(nd−1) intersection points on the convex hull.     

Projective Visual Hulls

This article presents a novel method for computing the visual hull of a solid bounded by a smooth surface and observed by a finite set of cameras. The visual hull is the intersection of the visual cones formed by back-projecting the silhouettes found in the corresponding images. We characterize its surface as a generalized polyhedron whose faces are visual cone patches; edges are intersection curves between two viewing cones; and vertices are frontier points where the intersection of two cones is singular, or intersection points where triples of cones meet. We use the mathematical framework of oriented projective differential geometry to develop an image-based algorithm for computing the visual hull. This algorithm works in a weakly calibrated setting–-that is, it only requires projective camera matrices or, equivalently, fundamental matrices for each pair of cameras. The promise of the proposed algorithm is demonstrated with experiments on several challenging data sets and a comparison to another state-of-the-art method.     

求两个相交凸多边形并的凸包及交的算法

凸多边形交、并求解的难点在于如何维护结果多边形的顶点序列。利用坐标的极值将凸多边形分成几个段,利用凸壳顶点有序性,分段计算凸壳顶点而得到凸壳。两个相交的凸多边形P和Q,求P和Q并的凸壳通过计算它的4个单调段来进行。每个单调段的点是否是凸壳上的点只与2个凸多边形中的同一类型的单调段有关。该算法充分地利用了凸多边形顶点的有序性,使算法的时间复杂度达到最小。     

采用区域编码的椭圆对直线裁剪算法

裁剪算法的核心问题是速度问题,而求裁剪窗口和裁剪对象的交点是影响裁剪速度的主要因素。特别是椭圆对线段的裁剪,由于椭圆的方程是二次的,求椭圆与线段的交点 需要求解一元二次方程,涉及开方运算,非常浪费机器时间。为提高裁剪速度,设计出5位的区域编码,利用此技术能够迅速而准确地判断出椭圆和线段的位置关系。对于完全可见 或显然完全不可见的线段立即做出保留或弃掉的决定,避免求交运算;对于能够明确断定与椭圆相交的线段,采用中点分割算法求椭圆和线段的近似交点,避免求解一元二次方程 和开方运算;对于其他情形的线段通过求解一元二次方程来完成裁剪。基于前述思想设计出的椭圆对线段裁剪算法与现有的同类算法相比,算法实现简单,裁剪速度具有较大提高 。     

基于退化多边形求交的多面体虚拟壳模型重构

三维模型的重建和表示是计算机图形和计算机视觉中一个重要的领域,其广泛应用于自动识别,工业自动化设计以及虚拟场景的重建。文中实现一个从照片序列重建三维物体多面体模型的系统,使用由轮廓恢复形体(SFS),通过经由轮廓光锥相交得到包围物体的虚拟壳。在系统中采用的共极线几何和增量运算把所有的三维的相交计算投射到二维平面的退化多边形求交来降低相交计算的复杂度。与传统多面体虚拟壳重构相比,算法有以下几点改进:在图像平面以退化多边形组织投影锥体和物体轮廓的交集,把任意锥面与物体轮廓的交集归一到一个退化多边形;基于退化多边形的二维平面上多边形快速相交算法。通过这些改进可以减少虚拟壳的生成时间并有助于实时绘制的实现。     

The visual hull concept for silhouette-based image understanding

Many algorithms for both identifying and reconstructing a 3-D object are based on the 2-D silhouettes of the object. In general, identifying a nonconvex object using a silhouette-based approach implies neglecting some features of its surface as identification clues. The same features cannot be reconstructed by volume intersection techniques using multiple silhouettes of the object. This paper addresses the problem of finding which parts of a nonconvex object are relevant for silhouette-based image understanding. For this purpose, the geometric concept of visual hull of a 3-D object is introduced. This is the closest approximation of object S that can be obtained with the volume intersection approach; it is the maximal object silhouette-equivalent to S, i.e., which can be substituted for S without affecting any silhouette. Only the parts of the surface of S that also lie on the surface of the visual hull can be reconstructed or identified using silhouette-based algorithms. The visual hull depends not only on the object but also on the region allowed to the viewpoint. Two main viewing regions result in the external and internal visual hull. In the former case the viewing region is related to the convex hull of S, in the latter it is bounded by S. The internal visual hull also admits an interpretation not related to silhouettes. Algorithms for computing visual hulls are presented and their complexity analyzed. In general, the visual hull of a 3-D planar face object turns out to be bounded by planar and curved patches     

基于照片序列的多面体虚拟壳快速生成算法

介绍了一个基于照片序列的三维模型重构系统，通过照片图像中提取物体轮廓对应的光锥相交得到多面体虚拟壳，并介绍一个基于活性点列的快速相交算法。