幻影成像中三维虚拟模型的多源数据融合建模方法.pdfVIP

摘要

信息是物质交流最基本的载体，随着科技的迅速发展，相比二维信息，三维信息能

够直观、形象、立体的表现出事物最真实的形貌，利用三维可视化技术能够将物体的空

间信息展示出来，是文物等贵重物品展示的有效手段。本文针对博物馆藏品的数字化

保护及展示需求，通过对模型点云数据、纹理色彩以及光照阴影信息融合建模的方法，

实现模型不同数据信息的互补，构建真实的虚拟数据模型，同时利用幻影成像系统实

现三维虚拟数据的立体展示。

针对文物模型表面复杂点云纹理特征配准中存在精度低、鲁棒性差的问题，本文

提出一种基于法向量和面状指数特征的模型点云棱界配准方法。首先，根据点云平面

特性设定法向量夹角和协方差矩阵阈值，提取同时满足这两特征的点云特征点；其次，

利用K近邻有哪些信誉好的足球投注网站提取点云局域特征点集，通过刚性变换将两组点云质心位置重合，进

行粗配准；最终，在两点云粗配准位置基础上根据ICP迭代最近点进行精配准，通过

逆向工程对点云进行曲面重建，以此完成三维模型的建模过程。

为了突出三维虚拟模型的真实感，本文借助于计算机图形学技术，从模型表面色

彩和光照阴影信息两个方面对模型进行数据融合渲染处理。通过对模型进行光照设计

以及贴图处理，根据纹理贴图坐标间的映射关系，对模型纹理的渲染进行平面展开。利

用深度相机采集模型表面颜色信息数据，同重建后模型本身的颜色数据加权处理，实

现模型的色彩渲染；通过阴影贴图法计算模型的场景深度同实际最近点光照距离对比，

以此为依据判断模型的阴影区域，从而实现更加真实的三维建模效果。

在三维模型的投影式幻影成像展示应用中，由于投影光线发散和光源处光束偏轴

角的存在，投影图像照射到四棱锥斜面时会发生几何畸变，导致三维模型失真。针对这

种几何畸变，提出一种在帧缓存中投影图像局域几何畸变的校正方法。通过提取投影

图片，分析并建立投影图像形状和三维模型失真程度的映射关系，利用透视变换，构建

投影图像局部几何畸变的矫正模型，从而实现三维模型的失真补偿，达到三维模型立

体展示效果，并通过实验前后对比分析，证明了该方法的有效性和可行性。

总之，本研究利用点云配准技术重组模型空间点云信息，根据计算机图形学原理

与技术，通过对模型表面色彩数据提取以及光照设计，结合颜色信息和光照阴影信息

对重建的点云模型进行渲染处理，并在改进的幻影成像系统中，通过对投影图像畸变

校正处理，最终实现了模型多数据信息融合的建模展示效果。

关键词：点云配准；多数据融合渲染；几何畸变；幻影成像

论文类型：应用研究

ABSTRACT

Informationisthemostbasiccarrierofmaterialcommunication,andwiththerapid

developmentofscienceandtechnology,comparedwithtwo-dimensionalinformation,three-

dimensionalinformationcanintuitively,graphicallyandthree-dimensionallyshowthemost

realshapeofthings,andtheuseofthree-dimensionalvisualizationtechnologycandisplaythe

spatialinformationofobjects,whichisaneffectivemeanstodisplayvaluableobjectssuchas

culturalrelics.Inthispaper,forthedigitalprotectionanddisplayneedsofmuseumcollections,

werealizethecomplementationofdifferentdatainformationofmodelsbymodelingthefusion

ofpointclouddata,texturecolorandlightandshadowinformationtobuildrealvirtualdata

models,andatthesametimeus