三维激光点云着色及表面模型纹理映射研究

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作者：

刘淑民

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摘要：

近年来,随着三维激光扫描技术的不断发展及仪器价格的不断下降,其在文物保护,三维重建等领域有着越来越广泛的应用.在三维数据的获取中,获取三维模型每一个点的真实颜色纹理是三维激光扫描技术中的一个重要内容.但是,目前较多类型的激光扫描仪无法获取物体真实的颜色信息,这样就导致了得到的模型以单色或假彩色显示.虽然有些软件能实现纹理材质的贴图,但这多是针对规则的三维模型,并且贴图使用的材质纹理大多非物体的真实纹理,这严重影响了三维模型的真实感表达.而高分辨率数码相机能获得物体或地理场景的真实纹理影像,这为三维模型的真实感纹理映射奠定了基础.三维激光扫描仪作为获取三维空间数据的重要手段,能快速准确地获得物体的空间几何信息,以其独特的优势,为真实世界的数字化提供了一种以往任何技术都无法比拟的手段.高分辨率数码相机为得到高质量的二维纹理数据提供了保障,这两者的结合可生成更加精确,真实的三维世界,为虚拟地理环境的构建提供了很好的数据支撑,这使得对激光扫描点云的着色和纹理映射具有重要的意义.本文针对点云模型的着色和不规则三角网(TIN)模型的真实感纹理映射进行研究,首先运用近景摄影测量中直接线性变换(DLT)原理,利用影像和相应的点云模型中的同名点解算影像和模型的空间姿态参数以及镜头畸变参数,把影像的颜色信息映射到相应的点云模型上,从而对点云实现着色.然后探讨了不同分辨率的TIN模型的纹理映射原理及方法,最后设计并开发了原型系统进行验证.主要研究成果有以下几个方面:(1)点云着色运用近景摄影测量中的DLT 方法,首先在点云模型和影像中选择6 对同名点,求出影像与点云模型之间转换的参数,对影像进行纠正,接着计算点云模型中每个点对应影像像素的行列号,最后将该行列号处的颜色值赋给点云中对应的点,这样就得到了具有真实颜色的点云模型.(2)表面格网的纹理映射首先对点云进行拟合生成不规则三角网(TIN)模型,利用直接线性变换方法对纹理影像进行纠正,然后将纠正的影像与TIN模型结合起来.对于较密集的TIN模型采用点云模型的着色方法;对于较稀疏的TIN模型采用面-面对应的方法进行纹理映射,即将TIN模型中的三角面片与纹理影像中的对应区域连接起来.(3)原型系统的设计与实现研究纹理映射的理论,方法和算法设计,在VC++.Net 2005 开发平台下,利用OpenGL 图形开发包开发了点云着色和表面模型纹理映射的实验系统.本文对激光点云模型的真实感着色和表面模型的真实感纹理映射进行了初步的探索,提出了解决模型无真实颜色纹理这一问题的一些方法,经实验验证,效果基本能满足人们对真纹理三维模型的需求,这对于激光扫描数据的真实感纹理映射有着一定的借鉴意义.

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关键词：

三维激光点云 直接线性变换 点云着色 真实感纹理映射 不规则三角网

学位级别：

硕士

学位年度：

2009

DOI：

10.7666/d.d183055

被引量：

3