基于细分的树干三维表面重建算法

为提高树干三维表面模型重建精度，使其能更有效反映树干表面特征，提出基于细分的树干三维表面重建算法。根据给定分段高度，对树干点云垂直分段；在计算每个分段质心的基础上，根据给定角度参数将每个垂直分段划分为若干角度分区，并得到角度分区中心点点集；以该点集为输入，使用基于切平面投影的树干三维表面重建算法，得到粗粒度树干表面模型；分别在改进Loop细分算法和Sqrt3细分算法的基础上，对粗粒度表面模型细分得到细粒度表面模型。实验结果表明，改进Loop细分算法和改进Sqrt3细分算法重建的树干表面模型，更能有效反映树干表面的凹凸不平特征；改进Loop细分算法比改进Sqrt3细分算法重建的树干表面模型具有更小的Hausdorff距离。改进算法构建的树干表面模型能有效反映树干表面不规则的几何特征，构建模型更精确；实际应用中应优先使用改进Loop细分方法重建树干表面模型。     

基于机器学习的深基坑三维土层重建

在深基坑施工过程中,需要通过少量钻孔数据来进行土层三维模型重建,以获取土质信息分布.提出一种基于机器学习的土层重建方法,首先设计土层生成算法来进行土层训练数据集的数据增强.然后根据钻孔信息数据结构设计了预测模型特征编码方法,作为预测模型的标准输入,通过搭建卷积神经网络模型,对土层结构进行特征提取,形成土层预测模型.随后,利用预测模型对待预测地块中的离散格点进行土层属性预测,获得土层体数据.最后,对土层体数据利用Marching Cubes算法生成封闭等值面,形成土层实体块,从而实现了对三维土层的重建.本模型能够适应不同层数、不同类型的地层,具备了实际工程应用的初步条件.     

多Kinect实时室内动态场景三维重建

采用多个Kinect从不同角度同时捕获场景,将它们的深度图和彩色图结合在一起,通过数据预处理、顶点构建、点云注册和表面重建等步骤得到场景三维模型.整个流程均在GPU上实现以加速运算,实现了基于GPU的迭代最近点算法、基于GPU的八叉树构建、基于有向距离函数的表面重建等关键算法.试验中,整个算法运行帧率达到8.74f/s;重建分辨率达到约5.9 mm.试验表明,算法基本满足实时动态场景重建的要求,重建模型的精度满足非精确计算类应用的需求.     

基于轮廓插值加权算法的研究

为了进行医学二维图像的三维表面图像重建,最重要的一步就是提取二维图像的轮廓线。文章首先从算法的角度上探讨了诸如线性加权平均的图像插值方法、动态弹性插值方法、方向性插值方法和基于形状的插值算法的基本原理,以及它们的适用范围和局限性。在基于形状的插值方法的基础上,提出了改进的轮廓插值加权算法,采用这种改进算法以后,三维重建的轮廓质量有明显的改善。     

基于轮廓插值加权算法的研究

为了进行医学二维图像的三维表面图像重建，最重要的一步就是提取二维图像的轮廓线。文章首先从算法的角度上探讨了诸如线性加权平均的图像插值方法、动态弹性插值方法、方向性插值方法和基于形状的插值算法的基本原理，以及它们的适用范围和局限性。在基于形状的插值方法的基础上，提出了改进的轮廓插值加权算法。采用这种改进算法以后，三维重建的轮廓质量有明显的改善。     

移动机器人激光雷达数据的三维可视化方法

为提供周围的三维深度信息,给出了一种对未知环境中移动机器人配备激光雷达所采集的数据进行三维重建的方法.通过激光雷达采集反映深度信息的程距数据,采用边探测方法,对探测交叉节点或极值进行边界分割,并采用几何模型匹配算法处理简单环境.通过对局部三角形环的极限化,构造出较为复杂的三维表面,用最小测距损失算法对不同观测角度的测量值进行融合,实现了三维重视和一定程度的动态交互.实验测试结果表明,在实验室较为简单,物体比较规则的环境里可以比较完备地重建三维场景,所建立的几何模型同样适用于机器人的导航和检测.     

一种基于双调和方程的表面重建方法

本文对三维物体的重建算法进行了研究，介绍了一种由边界轮廓线出发的基于表面最平滑准则的表面重建方法，继而提出了一种变误差的多层网格迭代算法，显著提高了算法的运算效率，对核磁共振人脑断层边界轮廓线进行试验，重建出的人脑表面３Ｄ图形，有较好的结果，证明了本算法的有效性。     

基于压缩感知与LS_SVM的三维组织表面重建

针对在三维表面上均匀采集的少量数据点,提出一种基于压缩感知与最小二乘支持向量机(LSSVM)的三维组织表面重建方法.通过结合采用拟合与插值方法得到与待重构表面数据相同数目的数据点集,采用离散余弦变换(DCT)分别得到其三维坐标的稀疏系数,用设计的自适应观测矩阵进行观测,并选用正交匹配追踪算法作为重构算法,最后采用LS-SVM回归预测模型对压缩感知重构结果进行修正.实验结果表明:该重建方法得到的组织表面数据误差小,能保持在1mm左右,重建表面光滑,为基于虚拟现实的虚拟手术系统提供了精确的表面数据模型.     

宋代古船的三维激光扫描技术重建与模型3D打印

针对古文物的完整有效保存,文物研究、修复,以及其可能造成的毁损,提出采用三维激光扫描技术对文物进行数字化重建.构建文物真实三维模型,并通过3D打印技术制作文物的高精度实体复原模型.以宋代古船实体模型重建为例,对所提出的方法进行验证,研究结果表明:三维激光扫描技术和3D 打印技术可以提高文物历史信息的保存和修复效率,避免接触式测量文物造成的表面损坏,提高研究人员对文物分析研究的参与度.但是,对于表面纹理比较复杂的文物,这项技术依然存在精度上的缺陷.     

用序列二维轮廓线重建三维形体表面的方法

针对以往重建表面算法的复杂、计算量大以及存在误连而导致走样等不利因素,提出一种基于角度的三角面片联结方法。该方法主要是在面片联结之前对轮廓线上的点按角度进行取舍,不仅减少了要处理的数据点,而且也使三角面片的联结简易化。实验表明,该方法简单易行,重建速度快,计算量小,适合于由序列单轮廓线重建三维表面形体。     

基于几何元素的城市三维地理信息系统空间数据模型

空间数据模型是建立城市三维地理信息系统的核心问题。基于不同的城市空间对象划分方法 ,提出了城市三维地理信息系统的 18个空间数据模型 :①把空间现象抽象为点对象、线对象、规则面对象、规则体对象、不规则对象和DTM等 6类对象 ,基于 6种几何元素 (点、直线段、多边形、函数构造面、TIN面片、规则体素 )的不同组合 ,提出了城市三维地理信息系统的 9个空间数据模型 ;②把空间现象抽象为 5类对象 ,分别为零维空间对象 (点对象 )、一维空间对象 (线对象 )、二维空间对象 (面对象 )、三维空间对象 (体对象 )和DTM ,基于 6种几何元素的不同组合提出了 8个空间数据模型 ;③把空间现象抽象为零维对象、一维对象、二维对象、三维对象和DTM ,基于点、直线段、TIN面片、多边形、规则面、不规则面等 6类几何元素提出了一个空间数据模型。通过对一个数据模型的实验验证和各模型的理论分析 ,说明了这些模型的特点及可行性。     

Analysis of Alignment Influence on 3-D Anthropometric Statistics

Three-dimensional （3-D） surface anthropometry can provide much more useful information for many applications such as ergonomic product design than traditional individual body dimension measurements. However, the traditional definition of the percentile calculation is designed only for 1-D anthropometric data estimates. The same approach cannot be applied directly to 3-D anthropometric statistics otherwise it could lead to misinterpretations. In this paper, the influence of alignment references on 3-D anthropometric statistics is analyzed mathematically, which shows that different alignment reference points （for example, landmarks） for translation alignment could result in different object shapes if 3-D anthropometric data are processed for percentile values based on coordinates and that dimension percentile calculations based on coordinate statistics are incompatible with those traditionally based on individual dimensions.     

光散射模型及其在三维视觉结构中的应用

在应用一维和二维随机表面光散射模型的基础上,对表面光散射分布作了详细分析和说明,得出在不同条件和参数下的仿真结果,并将散射模型用于视觉系统结构的计算机仿真。     

自动抛光凸区域上自由曲面的扫描路径算法

为了减小抛光加工的表面粗糙度和提高效率,构建抛光工具路径并均匀覆盖于三维曲面上,曲面的定义域为任意二维凸区域。扩展扫描方式根据曲面一个方向上的一组切割曲线的标准长度分布,灵活调整相应位置穿越的扫描线数量,既包含一般的贯穿曲面的曲线,又包含起点或终点在曲面内的曲线,与传统扫描方式相比具有很大灵活性。为优化扫描方向和确定扫描线的端点,给出了曲面立体光固化(STL)模型的边界提取算法。通过一个曲面的扫描路径建构实例,详细阐述了任意二维凸区域上扩展扫描的算法流程,包括曲面分割、点列筛选和路径点的连接等步骤。路径长度和相邻扫描曲线的间距分布定量地表明扩展扫描方式可适应曲面形状变化并提高路径覆盖均匀度。     

自动抛光凸区域上自由曲面的扫描路径算法

为了减小抛光加工的表面粗糙度和提高效率,构建抛光工具路径并均匀覆盖于三维曲面上,曲面的定义域为任意二维凸区域。扩展扫描方式根据曲面一个方向上的一组切割曲线的标准长度分布,灵活调整相应位置穿越的扫描线数量,既包含一般的贯穿曲面的曲线,又包含起点或终点在曲面内的曲线,与传统扫描方式相比具有很大灵活性。为优化扫描方向和确定扫描线的端点,给出了曲面立体光固化(STL)模型的边界提取算法。通过一个曲面的扫描路径建构实例,详细阐述了任意二维凸区域上扩展扫描的算法流程,包括曲面分割、点列筛选和路径点的连接等步骤。路径长度和相邻扫描曲线的间距分布,定量地表明扩展扫描方式可适应曲面形状变化并提高路径覆盖均匀度。     

一种三维物体的测量方法及其应用

介绍了一种仅使用一台CCD摄象头的低成本三维视觉测量方法。将结构光投射到由转动系统带动而旋转的三维物体上,经图象采集后,计算机求出三维物体的表面深度及各点的空间坐标,其数据用于计算机辅助雕刻及非规则形体的表面测量和加工。     

光照条件变化下的图像生成方法

提出了两种图像生成的方法：(1)由图像分割、三维重建和投影生成构成。该方法考虑了图像中各部分表面发射模型的差异，通过将图像各区域向1分成朗伯表面和镜面反射，分别进行三维重建，然后融合两结果，改变光照方向和强度，投影生成新的图像；(2)将Shape from shading和Shape from texture技术融合起来。采用Gabor滤波器将图像中的纹理成分和阴影成分区分开来，再用两种方法各自生成三维立体图像，依据它们的特性在频域融合两个三维图像，然后再改变视角和光照的强度、方向，生成仿真的二维图像。实验表明，由该两种方法恢复出的形状优于传统的估计方法，生成的图像真实感强。     

双参数法解轴对称体小攻角斜出水非线性问题

本文首先引入新算子,将自由面条件改写为便于计算的形式,然后用双参数摄动法和富里埃级数展开法将三维非线性问题化为二维非线性问题求解.数值结果给出了椭球体在斜出水过程中各阶自由面形状和力系数随物体细长比及佛汝德数变化的情况.     

基于人体结构断层图像的三维建模与网格剖分优化

建立了基于断层图像的近似于人体真实结构的三维表面模型,并根据曲率优化网格,优化了有限元计算的前处理,以利于临床力学研究。基于Delaunay三角剖分等相关理论,从临床计算机断层、磁共振和可视人切片等二维断层图像提取轮廓散点,按照层结构有序排列的特点,重构三维表面模型。再根据人体真实结构表面曲率的不同,调节和控制网格精度。曲率大的地方细化网格,曲率小的地方稀疏网格。实现了多分辨率建模和自适应剖分。     

点云精简的一种方法

重构曲面之前,需要对三维数据点集做精简处理,即在保留特征点的前提下剔除尽可能多的冗余点,这样可以保证后续曲面重构工作的高效进行.本文以样点邻近点与强制中心点切平面的关系,来判断局部空间点的分布情况,从而提供了一种新的数据精简方法.