基于VTK的室外場景三維重建.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)點在測繪，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)包含實測場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，對室外實際場景掃描將產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)量。龐大的數(shù)據(jù)量增加了硬件的負擔，也增加處理的難度。近年來，由于硬件價格的下降，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

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

3、zatonToolkit)應(yīng)運而生。VTK是嚴格按照面向?qū)ο笏枷攵O(shè)計，并且為了兼顧編譯(Compiled)編程語言的高效性和解釋 (interpreted)編程語言的簡單性，VTK采用內(nèi)核-解釋的多層設(shè)計模式。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?？紤]兼容性和便于維護與升級，VTK采用標準編程語言開發(fā)，并對常用的可視化算法進行封裝，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、點項目“北京市三維空間信息綜合服務(wù)系統(tǒng)”和北京市學術(shù)創(chuàng)新團隊計劃“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)、處理算法和運行機制的基礎(chǔ)上，研究了數(shù)據(jù)預處理、深度圖像平面特征提取、多幅深度圖像的配準、深度圖像的三角網(wǎng)格剖分和簡化等相關(guān)的算法，并利用VTK實施和改進了相關(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)，并通過實驗，驗證了系統(tǒng)的魯棒性，充分展現(xiàn)了VTK作為一個全新的3D引擎的優(yōu)勢。本文

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