多視點的三維重建技術的研究及實現(xiàn)

王錦

（廣州大學紡織服裝學院 廣東省廣州市 510165）

三維重建技術可以基于計算機的高處理性能，進行有效實現(xiàn)。在虛擬現(xiàn)實三維動畫當中，其整體技術得到了顯著發(fā)展與應用。如在macOS Big Sur 系統(tǒng)以及Windows10 系統(tǒng)當中，其自身均內置了虛擬現(xiàn)實仿真門戶，使用者可以通過此應用程序，達成三維模型的構建，實現(xiàn)全面提升。此外，在三維軟件當中，利用3DMax、BIM（Building Information Modeling）等三維建模軟件可以實現(xiàn)有效的交互。在三維建模圖像處理當中，計算機可以有效提取相應建模的表面信息，建立有效的仿真模型，以便于各領域進行有效連接。如，在進行工程建設當中，為了保證整體工程性的有效開展，可使用BIM 技術進行構建，通過計算機模擬相關的工程，實現(xiàn)整體的有效連接。

1 基于計算機自身的三維模型重建技術

對三維模型重建進行分析，可以得知其以計算機視覺為主要研究方向，對自身的構建可實現(xiàn)“單幅”或“多幅”圖像實現(xiàn)采集、拼接，有效構建三維模型。在構建方式當中，其主要基于以下四大構建模式[1]。

基于明暗的三維重建。此類方法可以根據單幅圖像完美恢復出整體物體的三維信息，但在成像過程當中，由于其參考依據僅根據單幅圖像設定。因此，其整體深度信息呈現(xiàn)了一定的不足，對表面特性無法實現(xiàn)全面體現(xiàn)，精準度較低。在應用范圍當中，未能得到有效發(fā)展。

雙目立體視覺法。此種方法可通過計算機自身的核心，模擬出動物以及人類的眼睛。在動物以及人類眼睛的成像過程當中，其具有一定的“間距性”。而計算機完美的模擬了此中“間距性”。在拍攝過程當中，同時攝取場景圖像，根據光學三角原理，獲取物體表面三維坐標。隨后轉換為相應的數據，在系統(tǒng)當中，生成三維圖形，有效實現(xiàn)立體匹配[2]。

三目立體視覺以及多目立體視覺方法。作為先進的三維構件法，在三目立體視覺當中，其可以采用計算機進行自動匹配，使匹配結果更具精準性。在三目視覺匹配當中，為了提升整體的匹配可靠性，必須減少相機之間的基線，保持自有精準性。多目立體視覺方法當中的“多目立體匹配”機制，可以對多度的重疊點進行交匯，利用較多的冗雜數據，有效解決其在建筑過程當中的匹配問題。合理有效的提升三維模型的精準度，但其對其硬件設置以及相機的拍攝標準具有明顯要求。

基于運動系統(tǒng)的三維結構重建。此種方式可以采用動態(tài)追蹤，利用相機對相關圖像進行拍攝，構建有效的三維結構圖形，在數字傳感器、微處理器等硬件的加持下，重新繪制三維結構，使整體的三維技術得到飛速發(fā)展?，F(xiàn)如今，此技術已被廣泛應用于工業(yè)、建筑、航空等領域。在整體的視覺系統(tǒng)當中，根據相關的圖像信息，實時繪制三維場景，使整體項目明顯具備可用性。

圖1：多視點三維重建相關結果

2 多視點重建算法的整體分析建立

在進行三維重建當中，在其特征檢測環(huán)節(jié)，可對物體的特征（如物體自身的邊緣、輪廓等）等實現(xiàn)幾何構件。通過像素特點進行重組，有效提升三維重建的速度，在現(xiàn)有圖像當中，計算機提取定位精準的特征點。在重建過程當中，有效達到其理想目標，在特征點、側重點檢測中，相機數據可有效提取整體坐標系，將已知數據進行全面整合，基于此類特點，可直接影響到相機標記以及物體重建的結果，實現(xiàn)全面精準度[3]。

在圖像特征當中，根據圖像的自由規(guī)則進行設定，可以得知其自身在圖像透露形狀信息時具有明顯的吸收性。此外，“角點”是圖像非常重要的一個局部因素?！敖屈c”具有“旋轉不變形”以及“不隨光照改變”等優(yōu)點，在三維重建技術應用當中，可以“角點”為特征，進行全面處理。有效減少參與計算的整體數據量，使整體圖像信息以“角點”為特征，進行構建，全面實現(xiàn)其自身價值。在構建模式當中，所有物體均具有明顯的特征點，“角點”模型構建需要在物體表面分布具有明顯特征識別的元素。作為標記點，常見的圖形有圓形、十字劃線等圖案，提升整體的提取可靠性，實現(xiàn)全自動化操作。

3 多視點三維重建的相關實驗結果

在多視點三維重建實驗過程當中，利用采集到的多幅場景圖像，可以對整體的模型進行完美模擬[4]。在拍攝位置與姿態(tài)基礎當中，實現(xiàn)有效的交互性，為其人機共融提供了有效的基礎。同時，三維重建也可基于算法，對其特征點進行有效獲?。ㄈ鐖D1所示）。

3.1 實現(xiàn)相關的基礎圖像采集工作

作為三維重建的重要步驟，圖像采集是其基本環(huán)節(jié)。如何得到理想的圖像，對三維重建模型的精準度有直接聯(lián)系，因此，在采集過程當中，其照明、相機質量、傳感器等均對被測物體的基本特征精準度具有直接關系。在實驗過程當中，針對重建物體自身的特征，可以在自然光照環(huán)境下，完美體現(xiàn)。使用日光燈為輔助照明工具，保證被測物體的重要特征，有效展現(xiàn)以重建物體為中心，在扇形區(qū)域內對不同角度進行有效采集[5]。

3.2 保障相關的信息特征點提取

在采集過程當中，所有物體表面均包含了此物體的特征點，對于三維重建技術而言，在構建過程當中，必須基于此的特點進行完全設定。在自有輪廓邊緣當中，采用Harris 檢測法進行全面檢測。由于檢測過程當中，基于其繪圖變化為焦點特征進行測量，因此，為了驗證整體算法的精準性以及有效性，在實驗場景當中加入適量光照，實現(xiàn)全面特征體現(xiàn)。

3.3 相機標定

在后續(xù)相機標定當中，可以得知其根據內部數據參數以及外部數據參數進行全面測量，設立相對應的關系在整體的測量環(huán)節(jié)當中，對于標定板的選擇，可以根據事先的已知尺寸設定，標定版使用具有相應的優(yōu)點。首先，標定板面自身的結構比三維標定物簡單，在圖像投射過程當中，整體選擇較為豐富，便于制作。此外，在運營過程當中，方塊圖形在圖像模式當中，易于提取，且焦點自身具有旋轉普遍性等優(yōu)點。采用方形圖案標定版，可以保證三維重建技術的有效性，整體的圓形標定可以按照相關的行列進行排序，以便其相機標點算法，基于坐標點進行換算[6]。

3.4 空間點的精準三維構建

在整體的構建流程當中，相機排列順序以相機CCD 設定，例如器“y”為“0”，在三維重建時，以小孔成像為基準模型進行設定。但其相機的整體成像原則與小孔成像概念具有一定的差異性，整體鏡頭的復雜性與工藝水準受時間因素影響，在后期成像系統(tǒng)當中有可能會受到一定干擾。因此，其空間坐標點可能與實際坐標存在較大差異。

在后續(xù)的建設過程當中，普通相機的圖像采集自身具有明確的不穩(wěn)定性因素。在重建過程當中，有可能會出現(xiàn)誤差，因此，在采集多張圖像后，通過Tsai 兩步法，將相機標定相應物體的特征點進行修正。由此可見，在后期的三維重建法當中，整體實驗具有明顯的可行性。在整體物體的成像當中，實現(xiàn)進一步推廣，利用誤差分析法，驗證本文實驗的有效性[7]。

4 三維重建技術的應用展望

三維重建是一項非常龐大且復雜性的問題，在整體的經驗積累探索當中，必須基于此類特點，實現(xiàn)全面融合，對專業(yè)領域進行全面研究。首先，在“非歐氏空間三維重建”當中，整體基于視覺歐氏圖集和發(fā)展。因此，具有一定的提升性。而曲面重建融合當中，可以通過相應物體的形狀，以“點”、“線”、“面”等基本元素進行構建。因此，全面重建同樣具有明顯的推廣性，曲面基元構成的三維重建模型，可以有效規(guī)劃出完全整體[8]。

在我國未來的發(fā)展過程當中，三維重建技術將應我國各領域，實現(xiàn)有機融合，在醫(yī)療、建筑、教育等領域實現(xiàn)全面應用。例如，在醫(yī)療領域，三維重建技術可以通過掃描的形式，對患者的身體構造進行三維模擬，便于醫(yī)生對手術方案進行全面設定。分析在手術過程當中有可能會出現(xiàn)的相關風險，提升整體的手術成功率。而在教學過程當中，教師基于三維重建技術，也可對學生進行知識體系的規(guī)劃，保證學生通過合理有效的形式，對整體知識點進行全面吸收。三維重建技術與計算機領域為共生狀態(tài)，在一定程度上也提升了我國人才對于信息技術的掌握，對后續(xù)發(fā)展提供了全面的保障。對我國自有建設以及全方面的人才培養(yǎng)起到了一舉多得的培養(yǎng)效果以及吻合作用[9-10]。

5 結束語

綜上所述，在多視點的三維重建技術研究當中，其整體雖然存在一定的問題，如“成本偏高”、“靈活性”以及“適應性”有待提升等問題外。其自身對于物體特征重建實現(xiàn)了完美的應用，三維重建是以一種可以實現(xiàn)廣泛應用的技術，其對于我國各領域均可實現(xiàn)有效融合。在“虛擬現(xiàn)實”、“三維動畫”等領域當中，實現(xiàn)了全面提升。