在钻石原石的切割过程中,人们首先需要基于原石内含物的位置,设计合适的切割方案,去除原石的内含物,保留原石的洁净部分。这一工作同时要求尽可能提高原石的利用率,最大化原石的经济价值。传统的切割工作完全依赖工人的技术与经验设计原石的切割方案,效率低下,且难以将原石利用率最大化。为此,人们将钻石原石的切割规划问题作为一个最优化问题进行求解,以得到更好的原石切割方案,提高原石的利用率。这一优化问题的解受到原石表面以及内含物位置的约束。为了求解这一优化问题,我们需要重建钻石内含物的三维模型。本文在第二章中首先介绍了常见的基于图像的三维重建方法。基于重建方法使用的几何模型,本文将这些方法划分为三类,并分析了各自的优势以及局限性。受到钻石内含物结构特征以及钻石图片拍摄条件的影响,传统基于图像的三维重建方法难以解决钻石内含物的重建问题。为此,本文在第三章中针对钻石内含物成像的特点,分析传统的可视外壳方法存在的缺陷,基于光线反向追踪思想对其进行改进,提高重建方法的鲁棒性。通过评估体素的透光性,本文保留透光性低的体素作为内含物的体素模型,提高了内含物的重建质量。同时,基于体素的透光性,本文得到了原石表面的重建结果。此外,为了减少重建过程所需时间,本文使用CUDA平台对算法进行并行化加速,显著加快了三维模型的重建速度。在第四章中,本文进一步考虑了折射现象对重建过程的影响,建立了一个由前向光路投影与反向光路投影过程构成的光线折射模型。基于光线折射模型,本文重新建立反向光线追踪过程以及物体成像过程,减少了折射现象对本文所提出重建方法的影响。最后,本文在第五章中总结了本文所提出的重建方法,并给出了当前方法未来需要进一步改进的方向。本文阐述的钻石内含物重建方法给出了原石内含物良好的重建结果,为提高原石利用率打下了良好的基础,因此具有很好的社会和经济价值。