测控技术与仪器
实现方法
运动法：
基于运动的建模（shape-structure from motion）通过在2 幅或多幅未定标图像中检测匹配的特征点集，使用数值方法， 同时恢复出相机运动参数与场景几何，并得到物体三维模型。
鲁棒性差 精确性差 （窗口形状、大小）
1998
重庆科技学院
Boykov
基于图割的全局优化 （添加平滑性约束）
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亮度法
亮度信息 无手工交互 没有严格的 光照条件要求 灵活性低 建模精度高
优点
缺点
鲁棒性低
全自动
复杂性高
应用于文物数字化、 人脸自动建模
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电气与信息工程学院
基于立体视觉的建模 由于匹配点的搜索是一个高自由度的问题，简单的搜 索方法极易陷入局部最优，这将极大地影响重建效果。因 此，逆向法主要需解决匹配特征点的高效搜索问题。 搜索的空间由二维降低到一维 图像间极线的对应关系
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极线几何约束 图像校正
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单点比较
点匹配 窗口比较
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1997
Seitz
体素颜色法
2000 1999
Kutulakos Culbertson
空间雕刻法 通用体素颜色法
2003
1998
重庆科技学院
Cheung
Faugeras
搜索空间由三维降至一维
水平集的局部优化
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逆向法
在图像中搜索满足亮度一致性的匹配点，使用立体视觉的 三角测量原理，由这些特征点反算其对应的三维点位置。
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基于图像的三维建模技术综述
目 录
引言
基本分类
实现方法 应用
总结与展望
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引 言
对于计算机而言，其所能够直接获取到的数据源仅为二 维平面图像，相对于真实的三维景物无疑会存在着一定程度 的信息丢失，因此利用二维图像来重建三维物体便不可避免 的成为一个重点问题。在实际工作中采用对同一物体从不同 的角度分别成像，进而对这些数据进行分析、综合来恢复出 被摄物体的三维信息。
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建模速度快
鲁棒性高 复杂性低 效率最高
轮廓法
输入源要求高
优点
缺点
精度低 物体大致的 三维轮廓 与拓扑
通用性好 透明、 纹理欠缺、 特征点较少 的物体的建模
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应用于人机交互、 运动跟踪
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实现方法
亮度法：
基于亮度的建模（shape from illumination）通过分析物体 多个视角下图像中亮度特征的一致性关系，恢复出其表面的深 度信息，并得到其三维几何模型。 亮 度 亮 一 Concept 度 致 一 性 致 算 性 对于满足 子 朗伯表面假设 颜色绝对差值算子 的物体，不论光源方向如何， 误差平方和算子 相同的表面点从任何方向观 归一化互相关算子 察都具有同样的亮度 特殊算子（特殊物体）
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正向法
对物体所在的三维空间进行均匀采样，将各采样点投影到 所有可见的二维图像中，若其投影满足亮度一致性，则说明该 三维点属于物体表面，将其保留，否则，将其剔除。 基于图像一致性的重建
图像壳（photo hull） （物体的三维采样表示） 三维模型
由于采样点在投影过程中存在的互相遮挡现象会破坏 亮度一致性的判断，因此，正向法主要需解决遮挡问题 。
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基本分类
基于图像的建模
基于图像的建模能够生成物体精确的三维几何模型， 根据图像采集时对光源是否进行主动控制，基于图像的几 何建模可以分为主动法与被动法2 种。
基于图像的建模
主动法
被动法
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电气与信主动法
激光扫描法 优点
可视壳是所有轮廓图像反 Laurentini 投影到三维空间中形成的 三维锥壳的交集。 Martin 将物体所在的三维空间离散化成 体素，并使用正向试探，剔除投 影在轮廓区域外的体素，从而得 到物体的三维模型。
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1994
1983
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1993
2002
2003
Szeliski
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实现方法
轮廓法 运动法 亮度法
明暗法
实现方法
变焦法
纹理法
交互法
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实现方法
轮廓法：
基于轮廓的建模（shape from silhouettes/contours）通 过分析物体多视角下的轮廓图像（contour）或侧影轮廓线 （silhouette），得到物体的三维模型。
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测控技术与仪器
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测控技术与仪器
基本分类 1、传统的三维建模技术
传统的三维建模主要使用基于几何造型的建模方法，由专 业美术人员通过使用几何造型软件（如AutoCAD，3DsMax， Maya等），运用计算机图形学与美术理论，创建出物体的三维 模型。
Tarini Marching Intersection 结构
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Franco
八叉树 数据结构
兼顾速度 与精度
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2001
Matusik
多边形逼近侧影轮廓线 消除锯齿现象
2000
Snow
背景减除算子实现亮度图像建模
2004 2006
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Sinha 从未定标图像中生成三维可视壳 Forbes
•
缺点
Text
得到物体 精确的表 面细节特 征
成本很高 •操作不便 •后期处理 •有损处理
•
阴影法
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基本分类 被动法
并不直接控制光源，而通过被动地分析图像中各种特征信 息，逆向地重建出物体的三维模型。
对光照要求低
被动法 Text
技术成熟
成本较低
操作简单
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基本分类 2、非传统的三维建模技术
三维漫游效果
三维全景漫游是指在由全景图像构建的全景空间里进 行切换，达到浏览各个不同场景的目的。 目前，实现三维全景漫游的技术有两种，一是在三维 全景或地图中添加其他三维全景的链接。第二种方法是采 用计算机视觉技术和计算机图形图像技术，获取全景图像 对应的环境模型，实现全景空间与真实环境的一一映射。