基于全局配准累积误差极小的人体RGB-D数据三维重建

针对RGB-D扫描数据获取和人体三维重建过程中存在扫描数据分辨率不高、噪声干扰影响较大、配准误差较大等问题,提出一种基于累积误差极小的RGB-D扫描数据全局配准的人体模型三维重建方法.首先采集人体扫描数据并进行预处理,去除噪声和背景;然后利用基于三维点特征描述符匹配求解局部扫描数据的粗略配准,并通过最近点迭代的方法进行精细配准;再构建局部配准数据加权图,通过最小生成树方法合并局部相邻帧数据来减少全局误差传播的影响,利用环闭合的方法解决累积误差问题并得到全局刚体配准结果;通过对全局刚体配准后的数据依次进行非刚体变换并不断融合配准后数据,解决扫描过程中的移动问题,进一步减少全局累积误差;最后利用全局配准结果和扫描数据中的颜色信息生成融合颜色信息的人体三维重建模型.利用2台Kinect设备扫描获取的人体全方位扫描数据进行实验的结果表明,该方法能够方便、高效地重建具有高度真实感的三维人体,而且重建生成的三维人体测量尺寸与真实人体尺寸之间的误差较小.     

顾及RGB-D图像的刚性点云鲁棒配准方法

RGB-D相机作为一种常见的便携式三维数据采集工具被广泛使用于计算机图形学、计算机视觉等诸多领域,然而,由于设备的物理误差、光照干扰等因素,采集的三维点云中往往包含大尺度噪声,现有的点云配准方法处理这类数据时无法取得理想的配准结果,进而影响后续三维重建的质量.为了解决这一问题,提出一种鲁棒的基于RGB-D图像的刚性点云配准方法.首先,提出一种基于全变分和各向异性二阶算子的点法向估计方法,能够有效地去除点法向的噪声并且较好地保持尖锐和非线性光滑特征;其次,联合RGB图像的纹理信息和点云的几何信息设计了一种复合特征描述子,能够在包含噪声的点云上鲁棒地提取初始匹配点;最后,采用一种快速的全局配准方法计算待配准点云之间的刚性变换.在多组合成及真实点云数据上进行配准实验,并从视觉效果和配准误差2个方面对实验结果进行分析,分析结果表明,所提方法能够鲁棒地配准大噪声干扰的点云数据,验证了方法的有效性.     

特征点维度的静态场景三维重建运动目标剔除

基于语义分割的图像掩膜方法常用来解决静态场景三维重建任务中运动物体的干扰问题,然而利用掩膜成功剔除运动物体的同时会产生少量无效特征点.针对此问题,提出一种在特征点维度的运动目标剔除方法,利用卷积神经网络获取运动目标信息,并构建特征点过滤模块,使用运动目标信息过滤更新特征点列表,实现运动目标的完全剔除.通过采用地面图像和航拍图像两种数据集以及DeepLabV3、YOLOv4两种图像处理算法对所提方法进行验证,结果表明特征点维度的三维重建运动目标剔除方法可以完全剔除运动目标,不产生额外的无效特征点,且相较于图像掩膜方法平均缩短13.36%的点云生成时间,减小9.93%的重投影误差.     

基于RGB-D相机的多视角机械零件三维重建

为了低成本且高效的实现对机械零件的三维重建和参数测量,研究了利用RGB-D相机从6个角度拍摄机械零件,获得零件不同角度的深度图像与彩色图像,通过坐标转换将深度图像转换成点云数据。首先利用滤波算法去除点云噪声,分割出机械零部件的点云数据,并利用PCA主成分分析法计算点云数据的法向量;使用最近点迭代算法（ICP）实现相邻三视角点云数据的配准,得到正背面的点云,将正背面点云进行旋转融合得到最终的目标点云数据;最后使用泊松重建算法得到完整闭合的零件三维模型。实验结果表明本文的三维重建方法具有较好的鲁棒性和准确性,重建得到的三维模型细节清晰,点云误差较小。     

基于RGB-D视频流的室内环境3D目标高效检测

由于室内复杂环境RGB-D扫描数据不完整、物体相互遮挡等缺陷,以及表示部分场景的单帧数据输入的局限性,导致难以通过一次操作高效检测室内场景中的所有3D目标物体.为了克服难以感知获取室内场景中全部物体信息以及场景3D目标检测效率低等的难点,提出一种基于RGB-D视频流的室内环境3D目标高效检测方法.首先,利用Kinect相机获取待检测的室内环境RGB-D视频流,经预处理得到连续帧彩色图及其对应的扫描点云信息;其次,利用哈希算法从连续帧彩色图中提取内容敏感的视频关键帧,并根据相邻关键帧所包含的物体种类及个数为其构建目标语义关系,以确保各关键帧均出现不一样的目标物体;然后,利用神经网络VoteNet对视频关键帧点云数据进行3D目标检测,并利用四元数球面线性插值算法插值相邻关键帧的相对位姿关系以估计其余帧检测结果,最终实现RGB-D视频流中各帧数据的3D目标检测.使用SUN RGB-D数据集对关键帧检测网络进行训练,与基于VoteNet的视频流逐帧检测方法相比,该方法的目标检测结果准确,同时大大缩短了视频流整体检测耗时.实验结果表明该方法的有效性和高效性.     

三维点云中的二维标记检测

特征检测在物体识别、数据配准等应用中具有至关重要的作用。同一场景中不同采集数据的配准和融合,必须已知或者估算不同数据中的共同特征对应点。然而,许多场景缺少有效对应特征点。解决该问题的一种有效的方法是在场景中添加标记以增加特征。文章提出一种在只含有位置信息的三维点云中自动检测二维标记的方法。该方法首先在三维场景添加黑色圆形薄纸片作为二维标记,利用区域增长法将获取的三维场景的点云数据分割成不同类别,然后基于随机抽样一致性算法的扩展方法依次对分割后的点云进行形状拟合,最后通过检测形状检测该二维标记。该方法能够有效地检测出三维场景中的二维标记,并避免了遮挡、形变等问题,为缺少特征的场景提供了简单可行的特征,可广泛应用于数据配准、物体识别、物体追踪、三维重建等领域。     

基于单幅RGB-D扫描数据的室内场景解析

随着消费级RGB-D设备的普遍使用,室内场景三维扫描数据更易获取,但通过此类低分辨率设备获取的点云数据通常带有噪声且缺失严重.为此,基于单幅RGB-D扫描点云数据,提出一种室内场景基元提取与自动分割方法.首先对RGB-D扫描数据进行预处理,自动检测场景中的墙面、天花板、地板等结构,并对点云进行降采样和离群点滤波处理;然后利用几何基元对剩余点云进行抽象,通过几何基元的组合来鲁棒地表示室内物体和部件,有效地减少大规模扫描数据处理的计算量;最后根据每个基元的几何和颜色特征描述符以及基元之间的几何关系,采用基于图的分割算法对基元进行组合实现室内场景物体的自动分割和提取.实验结果表明,该方法可以有效、鲁棒地抽象并分割杂乱的室内场景.     

三维医学图像配准在图像引导放疗中的应用

为了确定病人的摆位误差,实现精确放疗,提出一种改进的Demons弹性配准算法。采用FDK算法对锥形束CT(CBCT)图像进行三维重建,利用可视化工具包 (VTK)体绘制法可视化重建结果;在分割与配准工具包 (ITK)基础上实现Demons算法,并基于对称梯度的思想,将参考图像和浮动图像的梯度场信息加入到Demons算法中,给出新的Demons形变力公式。分别使用单模态和多模态医学图像进行配准实验,结果显示改进的Demons算法与原始Demons算法相比,配准速度更快、精度更高。基于对称梯度的Demons算法更适用于图像引导放射治疗中CBCT重建图像与CT计划图像间的配准。     

基于旋转多视角深度配准的三维重建方法

针对在旋转平台上采集得到的多视角数据,提出一种有效的配准方法,同时结合双目立体视觉测量构建了完整的三维重建系统。通过拍摄旋转平台上多个视角下的标定板图像,提取标定板图像角点信息,计算出旋转平台坐标系和摄像机坐标系的空间位置关系,进一步推导出不同视角下的坐标转换关系,从而实现不同视角的数据配准。实验结果表明,基于本配准方法的旋转多视角双目测量系统具有较高的配准精度,能有效用于物体表面三维重建。     

利用角度签名进行3维表面配准

3维表面的配准在3维物体重建、场景检测和物体识别过程中起着重要的作用。为此提出了一种新的3维表面表示方法——角度签名(angle signature),并将其用于3维表面配准。该表示方法将表面的局部几何信息表示成为1维的向量,具有对刚体变换的不变性。由于其简洁的表示方式,可以实现表面的快速配准。此外,该方法较其他3维表面的表示方法具有更强的鲁棒性。在实际应用中,为了提高表面配准的速度,首先筛选出特征点,然后利用特征点寻找表面之间的对应关系,从而将刚体变换的参数求出,实现表面的配准。实验结果表明,采用角度签名实现物体表面配准具有较快的速度和较高的精度。     

几种Web3D技术的实现方案分析

本文介绍了几种常用的Web3D技术，详细分析比较了各自的性能特点，提出了在目前技术形势下实现Web3D的较好方案。     

炮兵作战模拟中战场实体的处理方法探析

本文根据D3D生成的战场环境静态网格实体模型和动画网格实体模型的特点,通过对模型进行具体细分,针对性地提出了相应的处理方法。     

三维GIS的基本问题与研究进展

经过多年的研究和探索,三维GIS取得了很大成果,成为GIS领域的重要研究内容之一。该文首先分析了三维GIS应实现的功能,然后从三维数据获取、三维空间数据模型、三维空间关系的描述和表达、三维可视化和三维空间分析等几个方面评述了三维GIS的研究进展。     

Web3D技术在网络课程建设中的应用

网络课程在人才培养中起着举足轻重的作用,但当前在解决和应用Web3D技术使网络课程更具可视性、多彩性、交互性、动态性等方面仍然还有许多技术问题需要解决。本文从Web3D技术的国际标准标记语言X3D在万维网上进行三维图像设计、虚拟场景开发及其交互浏览和模拟仿真等方面探讨和研究。     

X3D三维立体场景设计

X3D虚拟现实三维立体设计,是利用X3D虚拟现实三维立体几何造型节点和软件工程的思想来设计虚拟现实软件项目。X3D虚拟现实设计利用X3D虚拟现实程序的基本三维立体几何节点,如球节点、圆锥节点、立方体节点、圆柱体节点,开发设计生动、鲜活、逼真的X3D虚拟现实三维立体场景和造型,使浏览者在三维主体空间体验身临其境的感受。     

Web 3D技术的应用比较

Web 3D技术有多种,都有适用的场合,介绍了有代表性的几种Web 3D技术;Vrml、Cortona、Wire Fusion、EON、Virtools、Quest3D、Flash 3D和Unity 3D,比较了它们各自的特点和应用。     

A system for desktop conceptual 3D design

In the traditional design process for a 3D environment, people usually depict a rough prototype to verify their ideas, and iteratively modify its configuration until they are satisfied with the general layout. In this activity, one of the main operations is the rearrangement of single and composite parts of a scene. With current desktop virtual reality (VR) systems, the selection and manipulation of arbitrary objects in 3D is still difficult. In this work, we present new and efficient techniques that allow even novice users to perform meaningful rearrangement tasks with traditional input devices. The results of our work show that the presented techniques can be mastered quickly and enable users to perform complex tasks on composite objects. Moreover, the system is easy to learn, supports creativity, and is fun to use.     

Web3D技术在远程教育中的应用

Web3D技术是虚拟现实技术的一种实现形式，在网络教育阶段采用具有交互功能的3D课件可大大提高学习效率．本文结合实际介绍了Cult3D技术以及基于Cult3D技术的多媒体课件的开发过程。     

Reshaping 3D facial scans for facial appearance modeling and 3D facial expression analysis

3D face scans have been widely used for face modeling and analysis. Due to the fact that face scans provide variable point clouds across frames, they may not capture complete facial data or miss point-to-point correspondences across various facial scans, thus causing difficulties to use such data for analysis. This paper presents an efficient approach to representing facial shapes from face scans through the reconstruction of face models based on regional information and a generic model. A new approach for 3D feature detection and a hybrid approach using two vertex mapping algorithms, displacement mapping and point-to-surface mapping, and a regional blending algorithm are proposed to reconstruct the facial surface detail. The resulting models can represent individual facial shapes consistently and adaptively, establishing facial point correspondences across individual models. The accuracy of the generated models is evaluated quantitatively. The applicability of the models is validated through the application of 3D facial expression recognition using the static 3DFE and dynamic 4DFE databases. A comparison with the state of the art has also been reported.