[发明专利]一种实体三维模型自动建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及点云处理技术、三维建模技术和纹理生成技术，属于虚拟现实领域，具体来说是一种实体三维模型自动建模方法。

背景技术

图像的建模与渲染技术，简称IBMR(Image-Based Modeling and Rendering)，利用物体的二维图像来生成三维模型，物体的几何特征信息和渲染特征信息不需要用户输入，直接从摄像头采集到的图像中获得。

IBMR技术分为两种方式：主动法和被动法。主动法在图像采集过程中，使用光源向场景中发射光线，如红外线或者可见光，主动地获得场景的反馈，从而建立场景的三维模型；被动法不直接控制光源，通过被动地分析图像来建立模型。主动法直接获得物体表面的各种特征，简化建模过程，随着三维信息处理算法越来越成熟可靠，以及三维信息采集硬件的不断涌现，主动法三维建模技术正在迅速地发展。

三维建模技术在工业制造、游戏娱乐和虚拟现实等领域中有广泛的应用。在实际应用中，人们对实体三维模型可视化效果提出了越来越高的要求，例如逆向工程所获得的实体模型是否可以更精确，三维电子游戏中的人物和环境是否可以更真实等等。除了模型的精确度，人们还对三维建模技术的快速性和便利性提出了要求，例如如何缩短建模时间，如何减小建模过程的复杂性，如何降低三维建模技术的使用难度，这些都是三维建模技术研究的方向。

目前，国内外已经有多种多样的三维建模系统，包括结构光建模系统、激光三维扫描仪等。现有的建模系统难以在保证性价比的同时实现高效用，并且还存在以下缺点：

一方面，高精度的三维建模系统常常基于一些复杂昂贵的传感器，例如结构光传感器、激光测距传感器或者激光雷达；

另一方面，三维建模系统的建模过程中往往离不开繁复的人工交互过程，例如参数调整、点云手动配准等等，费时费力。

基于上述缺点，研究快速、自动的实体模型建模技术越来越重要，以相对低的成本实现自动化三维建模，使得实体的三维模型可以和照片视频一样方便地获取，满足不同领域对三维建模技术越来越大的需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决三维建模流程中人工交互操作复杂繁琐的问题，以及依赖昂贵传感器的问题，提出了一种实体三维模型自动建模方法。

一种实体三维模型自动建模方法，基于Kinect传感器搭建实体三维模型建模系统，该系统包括Kinect传感器、转台和计算机，转台由计算机通过串口进行通讯。该方法具体步骤如下：

步骤一、利用Kinect传感器采集转台点云和建模物体点云，并通过实时配准获得物体和转台的混合点云；

转台点云是指利用Kinect传感器采集没有放置建模物体时的点云；

建模物体点云是指放置建模物体于转台上，在转台旋转过程中利用Kinect传感器采集的点云；

对建模物体点云利用三维重建项目Kinect Fusion进行实时配准，得到物体和转台的混合点云。

步骤二、对物体和转台的混合点云做点云预处理，得到带有底面点的建模物体的表面点云。

步骤201、采用RANSAC平面提取方法，提取并删除物体和转台的混合点云中包含的转台底座点云，得到物体和转台旋转平台的混合点云。

物体和转台的混合点云中包括了建模物体的点云，转台底座点云和转台旋转平台部分的点云，将转台底座点云剔除，获得物体和转台旋转平台的混合点云；

步骤202、采用欧氏距离聚类分割方法，滤除转台点云中所包含的转台底座点云。

步骤203、对步骤201和步骤202得到的点云，均采用体素栅格降采样方法处理，获得物体和转台的混合点云的简化点云，以及转台点云的简化点云。

步骤204、分别计算物体和转台混合点云的简化点云以及转台点云的简化点云的FPFH三维特征，获得物体和转台混合点云的特征点云以及转台点云的特征点云。

步骤205、经过步骤204处理后，将物体和转台的混合点云的特征点云以及转台点云的特征点云进行配准，获得配准点云。

配准方法以点云的FPFH特征作为配准依据，通过比较各自的特征点云的FPFH特征，将两个特征点云统一到同一个坐标系下，得到配准点云。

步骤206、使用RANSAC方法分割配准点云，获得转台旋转平台点云和物体点云；

将配准点云使用RANSAC方法提取平面，将进行配准的两个特征点云中重合的属于转台旋转平台部分的点云提取出来，形成转台旋转平台点云，其余部分形成物体点云。

步骤207、用欧氏距离聚类分割方法滤除物体点云中的噪声，得到没有底部的物体点云；