[发明专利]利用二维图像生成三维几何模型的自动建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用二维图像生成三维几何模型的自动建模方法。

背景技术

建造物体对象的几何模型称为几何建模，即生成对象的三维模型以描述对象的外形，其为后期形象建模(也称物理建模)和程序实现的重要基础性工作，在众多领域有着广泛的应用。几何模型的建造通常有三种方法：第一种方法，也是最常用的建模方法，是使用CAD软件，采用交互的方式来创建对象的几何模型；第二种方法是使用三维数字化仪来进行几何建模；第三种方法，可使用一些现有的图形库中的成像功能来创建多边形物体形状。传统的建模方法，因其建模过程由手动完成，耗时费力、工作量大，而成为瓶颈问题之一。

发明内容

本发明提供的一种利用二维图像生成三维几何模型的自动建模方法，通过对建模对象进行图像摄取，然后对所捕获的图像进行自动处理和分析，从中提取出对象的三维信息及拓扑结构，并以此为根据构造生成对象的三维几何模型，整个建模过程全自动完成，操作简便、生产率高而又有一定的精度。

为了达到上述目的，本发明提供一种利用二维图像生成三维几何模型的自动建模方法，该方法包含以下步骤：

步骤1、确定几何模型表示方法，采用边界表示法；

步骤2、获取图像；

来提取待建模对象的6个视图图像；

步骤3、图像处理；

对所捕获的6幅图像分别执行图像自动处理流程；

步骤4、二维信息抽取；

二维信息抽取是指从图像中抽取出对象的二维特征信息，即二维顶点数、二维多边形数、二维顶点坐标、二维顶点与二维多边形之间的拓朴关系；

对六视图依次采用“纵向扫描，逆向周游”方法，自动获得对象的所有二维特征信息，生成6个坐标库；

步骤5、三维信息抽取；

对6个坐标库中的二维特征信息，采用“二次匹配”方法，自动获取对象的所有三维特征信息；

三维特征信息包括：三维顶点数、三维多边形数、三维顶点坐标、三维顶点与三维多边形之间的拓扑关系；

步骤6、根据对象的全部三维特征信息，按文件结构，生成并保存对象的三维几何模型。

所述的步骤3包含以下步骤：

步骤3.1、边缘检测；

步骤3.2、边缘跟踪；

步骤3.3、自动阈值提取及二值化；

步骤3.4、闭运算；

步骤3.5、细化；

步骤3.6、边缘连接；

步骤3.7、清除“毛刺”。

所述的步骤4包含以下步骤：

纵向扫描：沿“视图”图像的下边界，以一定的间隔垂直向上扫描，每条扫描线从图像的下边界开始，到上边界为止；

逆向周游：在“纵向扫描”过程中，如遇到边缘曲线，则沿边缘曲线按“先右转，以后一直左转”的原则，进行逆时针方向周游，“逆向周游”结束后，继续从周游的起点处向上“纵向扫描”；

二维信息获取：“逆向周游”过程中，以“后向量相对前向量发生左转向”为判据，获取二维顶点信息，成功“逆向周游一周”，则可检出二维多边形及其与二维顶点间的拓扑关系。

所述的步骤5包含以下步骤：

二次匹配：在三维信息抽取过程中，要进行两次特征匹配操作，一次特征匹配利用坐标库中的二维顶点坐标匹配生成三维顶点，二次匹配利用三维顶点坐标和坐标库中的二维多边形拓扑结构信息匹配生成三维多边形；

三维信息获取：对二维多边形的每一顶点，先进行“坐标考察”获得候选顶点，再进行“就近匹配”从中判取与该二维顶点对应的三维顶点，三维多边形中顶点的连接次序与二维多边形中的次序一致，于是得到三维多边形与其顶点间的拓扑关系。

本发明提供了一种利用二维图像生成三维几何模型的自动建模方法。该建模方法对有限的目标图像进行图像处理和信息抽取，自动生成对象的三维几何模型，其优点在于：整个建模过程全自动化完成，无需人为干预，操作简便、生产效率较高而又有一定的精度。该建模方法具有高效低耗和全自动化的特点，有较大的发展潜力和应用前景。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是三维几何模型的边界表示法的示意图；

图3是对象几何模型的数据文件结构图；

图4是摄像机的布置方案示意图。

具体实施方式

以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种利用二维图像生成三维几何模型的自动建模方法，包含以下步骤：

步骤1、确定几何模型表示方法；