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利用激光扫描仪获取到的深度数据进行场景的三维重建在数字古建、文物保存等领域具有广阔的应用前景。近年来,随着激光扫描技术和三维建模研究的发展,三维模型的应用吸引了越来越多的目光,从数字场景漫游到游戏和电影特效,逐步从科学研究发展到进入了人们日常生活的领域。然而,每种扫描方法都会因为受到测量原理和设备的精度和布局等限制而导致扫描得到的模型或场景产生数据缺失。
真实场景的高度复杂性,使得重建出一个逼真而准确的三维模型依然存在着许多的问题和挑战。其中之一便是三维模型的补洞问题,为了得到完整的物体或场景的三维模型,我们必须将不同角度扫描得到的深度图像配准到同一坐标系下,扫描角度不足够多、扫描对象的颜色、材质、反射率等原因,都会导致数据缺失,建网后表现为三维模型上存在漏洞。而实际应用中一般要求三维模型的表面是完整的,表面完整的模型经过纹理映射,才能得到具有真实感的视觉效果。针对三维模型补洞问题,现有的研究方法也多种多样,但是大都只适用于处理某种成因或者具有特定几何性质的模型漏洞。
本文实现了一种对曲率变化平滑的模型有效的补洞方法,该方法具有较高的自动化程度。首先基于有向距离场对三维模型的漏洞进行空间插值,然后对插入点和漏洞边缘点进行局部的三角剖分。利用有向距离场的原理进行插值可以保证二次曲面的平滑性质,局部三角剖分比全局的网格重建降低了时间和空间复杂度。本系统提供良好的交互界面,为模型的显示提供多种材质和灯光,使用者可以方便地选择需要修补的特定的模型漏洞,根据需要调整或者不调整空间采样的密度,从而调节漏洞补丁面片的分辨率,得到满意的补洞结果。