基于VTK的室外場(chǎng)景三維重建.pdf

1、三維激光掃描儀因其方便、易用和數(shù)據(jù)精度高等優(yōu)點(diǎn)在測(cè)繪，文物保存，城市規(guī)劃和數(shù)字娛樂等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。三維激光掃描儀獲取的數(shù)據(jù)包含實(shí)測(cè)場(chǎng)景的距離信息所以又被稱為深度數(shù)據(jù)(RangeData)或距離圖像(DistanceImage)。 由于激光掃描的原理和特點(diǎn)，對(duì)室外實(shí)際場(chǎng)景掃描將產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)量。龐大的數(shù)據(jù)量增加了硬件的負(fù)擔(dān)，也增加處理的難度。近年來，由于硬件價(jià)格的下降，和并行算法的應(yīng)用領(lǐng)域的推廣，所以利用深度數(shù)據(jù)來快速、高效實(shí)

2、現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與場(chǎng)景建模一直是計(jì)算機(jī)視覺和圖形學(xué)領(lǐng)域的十分重要的前沿課題，是全世界很多研究機(jī)構(gòu)普遍關(guān)注的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 在3D處理領(lǐng)域，OpenGL作為一個(gè)高效和相對(duì)易用的3D引擎，已經(jīng)被大多數(shù)的硬件和操作系統(tǒng)所支持，在實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用和普及。但隨著3D模型和科學(xué)計(jì)算可視化在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用以及在程序開發(fā)中面向?qū)ο笏枷氲钠占?，迫切需要一個(gè)簡(jiǎn)單易用、面向?qū)ο笄冶阌谝浦埠凸δ軘U(kuò)展的3D圖形和可視化功能模塊庫，VTK(Visuali

3、zatonToolkit)應(yīng)運(yùn)而生。VTK是嚴(yán)格按照面向?qū)ο笏枷攵O(shè)計(jì)，并且為了兼顧編譯(Compiled)編程語言的高效性和解釋 (interpreted)編程語言的簡(jiǎn)單性，VTK采用內(nèi)核-解釋的多層設(shè)計(jì)模式。其內(nèi)核采用編譯語言開發(fā)，在內(nèi)核之上提供了面向解釋語言的接口層。考慮兼容性和便于維護(hù)與升級(jí)，VTK采用標(biāo)準(zhǔn)編程語言開發(fā)，并對(duì)常用的可視化算法進(jìn)行封裝，在使用中，用戶只須設(shè)置接口參數(shù)即可以使用算法。 本文作為北京市重

4、點(diǎn)項(xiàng)目“北京市三維空間信息綜合服務(wù)系統(tǒng)”和北京市學(xué)術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃“三維信息獲取與應(yīng)用處理技術(shù)”的重要組成部分，在研究VTK系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、處理算法和運(yùn)行機(jī)制的基礎(chǔ)上，研究了數(shù)據(jù)預(yù)處理、深度圖像平面特征提取、多幅深度圖像的配準(zhǔn)、深度圖像的三角網(wǎng)格剖分和簡(jiǎn)化等相關(guān)的算法，并利用VTK實(shí)施和改進(jìn)了相關(guān)算法，得到了真三維幾何模型，建立了基于VTK的三維重建軟件原型系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的魯棒性，充分展現(xiàn)了VTK作為一個(gè)全新的3D引擎的優(yōu)勢(shì)。本文

5、創(chuàng)新性主要貢獻(xiàn)如下： (1)研究了VTK的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、處理算法和運(yùn)行機(jī)制，并探索了VTK在深度圖像建模方面的優(yōu)勢(shì)和不足。 (2)采用VTK，實(shí)現(xiàn)了深度圖像的平面特征提取，檢驗(yàn)了VTK引擎對(duì)大量的深度數(shù)據(jù)處理的速度和效果。 (3)結(jié)合VTK，提出了以平面點(diǎn)集為特征的ICP算法，實(shí)現(xiàn)了多幅深度數(shù)據(jù)快速配準(zhǔn)。該配準(zhǔn)方法對(duì)包含大量平面的人造建筑物的配準(zhǔn)具有適用性。 (4)研究了深度圖像的三角網(wǎng)格剖分和快速簡(jiǎn)化方法，