基于球坐标的多视图三维重建方法的研究

多视图三维重建技术对提高三维真实感建模有非常重要的现实意义。本文提出一种基于球坐标的多视图三维重建方法,该方法首先进行特征检测与匹配,得到匹配点对,结合摄像机标定获得恒定不变的内部参数,采用一种深度统一的因式分解方法求解三维空间点实现欧氏重建。其中重点针对重建过程中重建误差、特征点退化、遮挡等关键问题,提出适宜的解决方案。实验结果表明,在近似球坐标的多摄像机拍摄的情况下,本文提出的重建方法能够获得理想的稀疏三维结构模型。     

基于点云数据的植物叶片三维重建

叶片是植物最重要的器官之一,为构建植物叶片的高精度几何模型,提出了一种基于三维点云数据的植物叶片几何建模方法。针对植物叶片形态特征,选定最适三维扫描仪进行叶片点云数据获取,通过点云的配准、简化及去噪等操作得到高质量叶片点云数据,在此基础上进行叶片网格生成与网格优化,最终得到高精度植物叶片网格模型。利用该方法分别对黄瓜、玉米和两个品种的葡萄叶片进行几何建模,结果表明,所构建的叶片模型能够较好地保持叶片形态特征,且较以前的方法在精确度和真实感方面有了较大的提高。该研究对于推动数字植物几何建模及进一步基于几何模型的可视化计算具有重要意义。     

多源数据融合下的森林防火本底数据库建立

对森林防火三维本底数据库组成及特点进行分析,在空间信息技术、数据融合技术和三维建模技术等的支持下,提出基于MaDX和OpenGL为研究工具的森林防火三维本底数据库建立方法。该方法以OpenGL为技术基础,利用数字高程模型高程数据和OpenGL的纹理映射机制在三维地形上融合遥感数据,实现各种信息的三维真实显示。以Mapinfo所建立的属性数据为基础,通过坐标转换,实现二维矢量地图同三维地形的任意点、面的联动。在此基础上利用MapX组件从二维地图上获取乡镇边界、乡村边界和小班边界等森林资源数据,并同三维地形有机融合,实现森林资源数提的三维显示,最后融合防火资源数据和全球定位系统（GPS）数据,实现了防火队和防火物资等数据的融合与操作。     

运用融合纹理和机载LiDAR特征模型估测森林地上生物量

针对区域尺度森林地上生物量的分布情况,以大兴安岭生态观测站为例,提出了一种融合光学影像纹理和机载LiDAR点云特征的森林地上生物量遥感估测方法。该方法首先提取Landsat 8 OLI不同波段在不同运算窗口下的纹理特征;然后对机载LiDAR点云进行滤波提取地面点,并利用地面点对点云数据进行高度归一化处理,提取点云特征因子;最后结合提取的遥感特征因子,利用支持向量回归的方法对研究区森林地上生物量进行估测,并对结果进行精度验证。结果表明:不同波段和窗口尺寸的建模精度差异较大,蓝光波段在7×7运算窗口下模型精度最高(R~2=0.73,R_(MSE)=22.32 t/hm~2);点云高度分位数变量的建模精度呈正态分布,变量H_(50)的建模精度最高(R~2=0.75,R_(MSE)=19.24 t/hm~2);与单一的遥感特征变量相比,融合光学影像纹理和机载LiDAR点云特征的模型精度有了一定提高,且针叶林和混交林的估测R_(MSE)分别为19.63和20.40 t/hm~2。因此,该方法可以为区域性的森林地上生物量估测提供有效参考。     

局部均匀模式描述和双加权融合的人脸识别

目的 针对LBP算法对边缘及噪声信息比较敏感,提出一种统一化的局部均值模式(ULMP)描述算子。考虑到全局和局部特征在识别上的互补性,提出一种ULMP描述和双加权融合的人脸识别方法。方法 首先利用ULMP算法获得整幅图像的编码图,接着将其分块,统计每一子块的直方图获得局部纹理特征,并结合BP神经网络得到局部分类结果。引入云模型求取不同子块的权值,对局部分类结果进行加权融合。整体纹理特征的获取是将不同子块的直方图特征串联。在得到全局和局部的分类结果后,将两者加权集成,获得最终的识别结果。结果 在ORL和Yale人脸库上进行实验,ULMP具有很好的识别性能。5幅测试样本时,在ORL库上取得了95.9%的平均识别率,分别比局部二值模式(LBP)、MCT、局部方向模式(LGP)、统一的LBP(ULBP)和局部中心二值模式(CSLBP)高11.3%、10.6%、9.5%、8.9%和3.9%;在Yale库上取得了97.4%的识别率,分别比LBP、MCT、LGP、ULBP和CSLBP高19.9%、17.7%、10.7%和0.7%。在ORL和Yale人脸库上,本文提出的双加权融合模式分别取得了98.5%和98.34%的平均识别率,高于任何单一模块。结论 本文提出的纹理提取算法ULMP,具有很好的平滑噪声及边缘信息的作用,适用于面部纹理特征的提取。利用云模型求取的权值的方法能够较好地发挥局部分类器间的集成作用,最终有效地提高了系统的整体性能。双加权融合模式是一种精确且有效的人脸识别方法,适用于静态人脸图像的匹配识别。     

Gabor小波和局部二值模式结合的一种人脸识别算法

针对传统的Gabor小波存在提取特征维数高、识别时间长的缺点,对Gabor小波的使用方法进行了改进.首先利用Gabor小波的幅值直接与人脸图像作乘积得到Gabor图像,接着使用局部二值模式得到纹理图像,然后提取出纹理图像的直方图信息,作为人脸图像的特征,最后使用支持向量机作为分类器,在未经过预处理的ORL人脸数据库中取得95%的识别率.平均每张人脸图像识别时间为0.14s,表明该算法能符合实际应用的要求.     

基于激光点云数据的树木枝叶分割和三维重建

针对目前树木点云三维重建方法仅仅实现树木三维形态结构的重建,而忽视了树木表面纹理和细节的问题,本研究提出了一种超体素分割和基于kd-tree纹理映射的贪婪投影三角化算法相结合的树木点云重建方法。首先根据点云的颜色、法线和空间距离等特征,利用体素云连通性分割算法生成超体素块;然后基于不同超体素块之间的凹凸关系,利用局部凸包连接算法对点云进行聚类分割,从而实现枝干和树叶点云分割;最后利用贪婪投影三角化算法分别对枝干和树叶点云进行三维重建,并基于点云RGB信息,利用kd-tree算法对枝干和树叶模型添加真实的纹理色彩。结果表明,树木点云重建方法能实现枝干表面和树叶等细节模型的构建,还原真实的树木形状结构和纹理色彩;通过对不同抽稀层次下的点云进行测试,发现核桃楸树木模型主要枝干结构得到了很好的保留,这说明建模算法对点密度的变化具有鲁棒性。     

面向作物表型分析的大豆植株叶片语义重建

为解决三维扫描仪、多视图数据获取的三维点云因缺少语义信息导致难以从点云上判别植株器官部位问题,提出一种二维先验语义嵌入的大豆植株叶片三维语义建模方法：首先,基于Mask R-CNN模型对大豆叶片进行语义分割;然后,对分割结果和多视图数据进行立体重建融合学习,实现大豆植株叶片二维语义到三维叶片点云迁移,获得植株叶片点云语义信息,进而建立植株叶片三维语义模型。通过多组盆栽大豆植株试验对该模型进行验证,提取叶长和叶宽与人工实测数据进行对比分析,叶长和叶宽均方误差分别为2.53和1.52 mm,决定系数分别为0.97和0.89。结果表明,该方法能够便捷、精准地构建植株叶片三维语义模型。     

基于面分块的三维人脸模型的边界表示方法

针对人脸造型中脸部模型的存储与表示问题，对人脸的生理结构特征进行了分析，在人脸共性的基础上，提出了一种基于面分块的三维人脸模型，并用边界表示法给出了这种模型的数据结构。按器官组织将人脸分解，各部分可以单独处理，合并起来又能构成一张完整的人脸，这种方法有利于表情的模拟和脸部动作的构造。     

城市景观三维可视化系统的应用研究——以青岛市为例

为了全面、综合地安排城市空间,合理利用土地,实现对城市景观的合理规划和管理,对城市景观三维可视化系统进行了研究。利用数据三库（DEM、DOM、DLG）一体化管理的功能,并基于数字摄影测量工作站（DPW）在VRMAP软件下建立三维城市模型。利用航空相片,通过数字摄影测量工作站制作数字地面高程模型（DEM）及正射影像（DOM）,两者通过地理坐标叠加套合,生成地表模型。然后对模型进行编辑和贴纹理,建筑物顶面的纹理可以从航空像片及DOM上提取,侧面的纹理要用数码相机在实地拍摄。对于独立地物（如树、电杆、花坛等）可用VRMODEL或3DMAX单独建立,力求形象逼真。对于建筑物、街道（包括路坎）、独立地物（包括树、路灯、花坛等）、三维注记等,将三维模型与地表模型精确套合,在统一的坐标体系中逼真表现三维景观,从而为三维空间信息的查询和分析奠定了基础。对城市实体的数据进行采集与数字建模,并将三维城市景观模型应用到城市景观设计,城市景观规划,城市景观评价,城市景观设施查询等领域,建立三维可视化应用系统,实现对应用系统的三维可视化操作和分析。结果表明上述方法切实可行,所形成的城市景观三维系统能够实现对城市景观的规划和管理。     

Development of a virtual reality GIS using stereo vision

This paper presents an integrated virtual reality geographic information system (VRGIS) based on computational stereo. In this system, three-dimensional (3D) and 360° panoramic scenes are reconstructed from multiple stereo image pairs acquired with a mobile stereo machine vision system. The spatial coordinates of panoramic scenes are registered to electronic maps to obtain a real scale VRGIS that is capable of efficient retrieval of spatial information and allows for navigation in virtual reality. A software program was implemented for image processing, coordinate transformation, 3D surface model building, data fusion, digital mapping, and database management for the VRGIS. In setting up 3D models for the virtual reality environment, we focused on comparisons of pattern matching algorithms for creating disparity images from stereo pairs, and adopted the graph cut method and the non-parametric local transform method in our system. Following the computation of disparity images, they are transformed into cylindrical coordinates and stitched into a 3D and 360° panoramic scene. In order to allow for virtual reality navigation, the panoramic scene is further cast into 3D triangular surface model for fast texture mapping using memoryless simplification algorithm. The effects of reducing the number of edges in a 3D surface model on computation time and discrepancy from 3D surface model with no edge reduction were also analyzed. Experimental results show that the discrepancy was about 13% when 80% edge reduction was applied to create the approximate 3D surface model. This indicates a significant computational and memory reduction while the computer graphic display of the scene model was still visually satisfactory. Finally, multiple 3D scenes were integrated into a site on the electronic map permitting the user to navigate through location to location in a virtual reality environment. The developed system may serve as a versatile platform in establishing field information for many applications such as precision agriculture, vehicle automation, geographic visualization, archaeology site modelling, etc.     

基于逆向工程的拖拉机造型CAD混合建模

针对国产拖拉机造型设计的特点,提出了基于逆向工程的拖拉机造型CAD混合建模方法.依据拖拉机造型三维效果图,建立了其油泥模型;采用Comet 250与AICON 3D Studio相结合的方法,基于特征进行点云数据的测量及处理,从测量数据中提取可重新进行设计的特征、约束及设计意图,在对数据进行分析的基础上,制定了建模方案...     

园林植物三维建模方法初探

笔者在计算机图形学的基础上,针对景观的表现论述了园林植物三维模型建造的手工方法及计算机生成方法及理论,并指出植物三维建模的困难,针对这些困难从实践中提供了植物建模的相应对策,即减少数据量、进行模型的修改使之产生变化、增加植物的自然属性、正确选择更先进技术、选择可以变化贴图的材质进行贴图,这样可以更好地解决实践中景观表现中植物建模的困难。     

基于SFM算法的单木结构参数提取研究

针对传统森林资源调查方法获取单木结构参数效率低和成本高的问题,提出一种基于SFM算法的单木结构参数快速提取方法。以哈尔滨市城市林业示范基地树木为研究对象,利用SFM算法获得单木照片的三维点云,并利用点云数据处理软件对获得的点云数据进行单木结构参数提取,最后与实测参数进行对比分析。结果表明:1）分别利用SIFT算法、SURF算法以及ORB算法对相机校检后的树木照片进行特征点提取匹配,特征点正确匹配个数分别为23、145以及25,相应的耗时分别为18.56、16.04、1.58 s;2）利用SFM算法能获得树木照片的稀疏点云和稠密点云,平均每棵树木点云量为80万个;3）基于点云数据提取单木结构参数的胸径、树高及冠幅的平均绝对误差分别为1.79 cm、0.77 m及0.79 m;胸径、树高、冠幅的提取值与实测值相关系数均>0.94。     

基于三维重建的多角度葡萄叶病害识别方法研究

为了解决葡萄在生长过程中因病害侵袭导致品质和产量下降的问题，提出了基于三维重建的多角度图像识别模型。该模型通过三维建模技术对数据进行增强，并扩充数据集用于特征辅助训练，最后与卷积神经网络相结合实现对葡萄叶片病害的识别。在测试集上，训练的3D-MobileNet、3D-Darknet53、3D-resnet34和3D-Resnet101模型相比原模型对葡萄叶片病害识别的准确率分别提高了7.2%、9.6%、10.2%、19.1%。结果表明，提出的基于三维的多角度葡萄叶片病害识别方法能够有效识别葡萄叶病害，为实现葡萄病害的自动识别提供参考。     

苹果花序几何造型及可视化研究

重构出植物的三维形态是数字植物研究的重要内容之一.为了实现对苹果花及花序三维形态结构的交互设计、几何建模和真实感显示,提出了精确描述苹果花序三维形态结构的数学模型及可视化方法.通过对苹果花及花序形态结构的观测分析,分别提出了描述花柄、花托、花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊三维形态结构的数学模型,并提取了模型的控制参数;进一步整合苹果花及花序的拓扑结构信息,实现了苹果花及花序的三维重建.为了增强花的真实感,提出了花柄、花托和花萼上绒毛的生成方法.结果表明,该方法可控性强,易于操作,可以精确重构出苹果花和花序的三维形态,并可实现开花过程的可视化模拟、具有较强的真实感.     

基于EVS-Pro的西安三维水文地质结构可视化模型的构建

在系统收集并整理西安水文地质研究资料的基础上,利用先进的三维地质建模软件—环境可视化系统EVS-Pro,构建了西安三维水文地质结构可视化模型。所建模型可以展示西安三维水文地质结构体整体形态、单个含（弱透）水层的三维结构、任意位置的南北向剖面或东西向剖面及三维可视化栅栏图,从而清楚地显示模型内部的各个细节,更直观地展示西安地下水的赋存条件,为准确地评价、规划和管理西安地下水资源,防治因地下水过量开采引起的环境地质灾害奠定重要的水文地质基础。     

基于OpenGL的交互式三维树木建模与可视化研究

通过讨论树体枝干几何建模的理论和方法,重点围绕树木交互式建模技术和三维可视化实现进行了研究探讨。实现过程主要分为3步:首先,对真实树木枝干的几何形态结构进行分析,利用分析结果构建枝干模型生成方法,用六边形棱柱近似模拟树干和枝段,再用六边形棱台作为枝段元经过连续偏转、连接的方法模拟枝干弯曲的形态。其次,基于枝干生成方法,利用分形迭代思想实现整株树体的建模。为提高仿真度,通过加入干扰因子使最终生成的树体枝干模型不过于规则。最后,为实现模型的可视化,选用OpenGL图形技术和Visual C++作为模型可视化工具和开发工具,通过对所建立的模型进行数学描述以及场景渲染和特征参数提取,建立一个支持交互的三维树木建模系统。