模擬人類視覺系統的基於圖像的快速三維建模方法

《模擬人類視覺系統的基於圖像的快速三維建模方法》是依託中南大學，由鄒北驥擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：模擬人類視覺系統的基於圖像的快速三維建模方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄒北驥
• 依託單位：中南大學

項目摘要

基於圖像的三維建模方法一直是圖形學領域研究的熱點問題，具有真實感強的特點。但是該方法是基於傳統的圖像處理技術，通過分析圖像像素特徵來提取三維建模的幾何信息和外觀紋理質感信息，與人類視覺系統的處理機制相比，處理速度和準確度都相差甚遠。特別是當圖像破損太多、信息不全時，三維建模工作無法完成。人類視覺系統對圖像的感知能力具有速度快、判斷準確的優勢，它能消除圖像中的干擾信息，甚至從殘缺的圖像中能推斷出缺失的信息，從而可準確快速地重現三維模型。模擬人類視覺系統的基於圖像的三維建模方法是對這一類建模方法的創新。本項目擬研究人類視覺中圖像和三維模型的表示方法、圖像和三維模型在人類視覺和計算機視覺之間的信息映射、人類視覺從圖像中構建三維場景的機理和過程等關鍵問題，目的是能快速、準確地提取圖像中的幾何信息和質感紋理信息，快速地構建物體的三維模型。這種全新建模方法對創新計算機圖形學理論和實際套用都有重要意義。

結題摘要

三維建模是計算機圖形學研究領域一項長期的研究課題，國內外學者們已提出了各種建模方法。其中基於圖像的三維建模方法具有真實感強的特點，但是該方法是基於傳統的圖像處理技術，通過分析圖像像素特徵來提取三維建模所需要的幾何信息和視覺外觀紋理質感信息，與人類視覺系統的處理機制相比，處理速度和準確度都相差甚遠。特別是當圖像破損太多、信息不全時，三維建模工作無法完成，限制了其發展和套用。人類視覺系統對圖像的感知能力具有速度快、判斷準確的優勢，它能消除圖像中的干擾信息，甚至從殘缺的圖像中能推斷出缺失的信息，從而可準確快速地重現三維模型。 項目組通過對所獲取的人類視覺圖像數據進行分析，提出人類視覺中圖像的表示方法，分析對比計算機圖像數據和人類視覺中的圖像數據，建立能表達人類視覺圖像的數學模型；在此基礎上，探索基於人類視覺機理從圖像構建三維場景的過程，研究快速建立三維幾何模型方法；同時結合計算機視覺中基於圖像建模的傳統方法，對三維模型進行精化，並以高速列車三維仿真系統的三維建模為例，建立相關的三維模型。通過對以上內容的研究，提出一種模擬人類視覺機理的PCNN圖像分割算法，將圖像像素看成是大腦神經元，在外界輸入的刺激下，通過循環疊代的方式發放脈衝，模擬人腦視覺皮層的工作方式，在對圖像進行分割的過程中，引入了最大方差比準則對分割過程進行判定，尋找最佳分割點，通過對直方圖分別為單峰、雙峰和多峰的圖像進行實驗分析，證明了算法的有效性；提出了一種結合小波變換和PCNN模型的圖像融合方法，該方法在對圖像分解和係數選擇上模擬了人類視覺機理，並從定性和定量的角度對所提方法進行驗證，結果表明該方法的圖像融合效果較好，符合人的視覺感知；提出了一種結合顏色、亮度、方向和紋理四種底層特徵的顯著區域提取算法以及一個基於眼動數據的圖像顯著區域提取模型；提出了一種模擬人類視覺機理的格線融合方法，解決了大交疊區的融合和拼接問題；提出了一個基於視覺感知的大規模軌道線路動態建模方法，利用該方法，可實現根據給定的軌道線路數據進行快速的、高真實感模型的動態建模，能在大規模大三維軌道場景中以任意視點、任意視角進行實時的運行仿真，以及對虛擬場景進行實時渲染顯示。