[发明专利]三维环境重构

说明书

技术领域

本发明涉及三维环境建模。

背景技术

真实世界环境的三维计算机模型在各种各样的应用中是有用的。例如，这样的模型可以用在诸如沉浸式游戏、增强现实、建筑/规划、机器人技术、以及工程原型制作等应用中。

深度相机(也称为z相机)可以生成真实世界环境的实时深度图。这些深度图中的每一像素与由相机从环境中的3D点捕捉到的离散的距离测量相对应。这意味着这些相机以实时速率提供包括未经排序的一组点(称为点云)的深度图。

然而，使用深度相机提供的深度图来生成环境的有用3D模型是复杂的。在具有许多深度相机的情况下，每一个单独的深度图具有太低的分辨率并且具有太高的噪声以至于无法生成足够准确和详细的3D模型。此外，许多应用利用感测到的环境的表面而不是点云来重构。例如，重构的3D表面模型可以在物理模拟中用来对虚拟物体和深度相机在环境中感测到的真实物体之间的物理交互的效果建模。在这种情况下，点云不能起到很好的作用，因为模型中都是洞，这是由于在点云中的各个点之间缺少连接。

通过将来自深度相机的点云的多个帧组合成连贯的可用模型以及确定这些点云中的点之间的连接来推断表面几何结构在计算上是非常密集的。表面重构是通过推断该连接来提取对相机可见的表面的过程。给定从深度相机实时接收的数据量以及支持交互式速率的需求，诸如泊松(Poisson)表面重构等已知算法在计算上太昂贵以致于无法支持实时处理。

以下描述的各实施例不限于解决已知3D重构技术的缺点中的任一个或全部的实现。

发明内容

下面提供本发明的简要概述以便向读者提供基本的理解。本概述不是本发明的详尽概观，并且既不标识本发明的关键/重要元素，也不描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化形式提供在此公开一些概念作为稍后提供的更详细描述的序言。

描述了三维环境重构。在一示例中，在由存储在存储器设备上的体素组成的3D容体中生成真实世界环境的3D模型。该模型从描述相机位置和定向的数据以及具有指示相机离环境中的一个点的距离的像素的深度图像中构建。单独的执行线程被分配给容体的平面中的每一个体素。每一个线程使用相机位置和定向来确定其相关联的体素的对应的深度图像位置，确定与相关联的体素和环境中的对应位置处的点之间的距离相关的因子，并且使用该因子来更新相关联的体素处的存储值。每一个线程迭代通过容体的其余平面中的等价体素，从而重复该过程以更新存储值。

许多附带特征将随着参考下面的详细描述并结合附图进行理解而得到更好的认识。

附图说明

根据附图阅读以下详细描述，将更好地理解本发明，在附图中：

图1示出房间中的持有移动深度相机的人的示意图，该移动深度相机被用于生成该房间的3D模型或图；

图2示出由持有移动深度相机的人来探测的建筑物某层的平面视图；

图3示出连接到实时相机跟踪系统、密集3D模型形成系统、以及游戏系统的移动深度相机的示意图；

图4示出了用于生成3D环境模型的可并行化过程的流程图；

图5示出了线性铺砌存储器(linear pitched memory)的3D容体构造；

图6示出了示例可并行化的、带符号的距离函数计算；

图7示出了用于从3D容体中进行光线投射的可并行化过程的流程图；

图8示出了可在其中实现可并行化3D建模技术的各实施例的示例性的基于计算的设备。

在各个附图中使用相同的附图标记来指代相同的部件。

具体实施例

下面结合附图提供的具体实施例旨在作为本发明示例的描述，并不旨在表示可以构建或使用本发明示例的唯一形式。本描述阐述了本发明示例的功能，以及用于构建和操作本发明示例的步骤的序列。然而，可以通过不同的示例来实现相同或等效功能和序列。

虽然在本文中将本发明的示例描述并示出为在计算机游戏系统中实现，但所描述的系统只是作为示例而非限制来提供的。本领域的技术人员将理解，本示例适于在使用3D模型的各种不同类型的计算系统中应用。

图1是站在房间中并持有移动深度相机102的人100的示意图。该房间包含各种对象106，如椅子、门、窗、植物、灯、另一个人104、以及一只猫108。对象106中的许多是静态的，但这些对象中的一些可以移动，如人104和猫108。当人在房间中四处移动时，移动深度相机捕捉该房间和各对象的深度图像。