由單幅二維線框圖重建三維形體方法研究

《由單幅二維線框圖重建三維形體方法研究》是依託清華大學,由張慧擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

  • 中文名:由單幅二維線框圖重建三維形體方法研究
  • 依託單位:清華大學
  • 項目負責人:張慧
  • 項目類別:面上項目
項目摘要,結題摘要,

項目摘要

基於單幅二維線框圖的三維形體重建方法在產品的概念設計階段有著十分重要的套用,可以簡化設計步驟,提高設計效率。然而目前此方面的研究成果在算法效率、形體適用範圍和輸入數據方面都存在局限,對其進行研究在理論和實踐中均具有十分重要的意義。本項目計畫提出全新的基於單幅二維線框圖的三維重建理論體系,提出基於拓撲約束的面環識別算法、基於幾何推導的深度恢復算法和基於形體分割的複雜形體重建算法來解決重建算法複雜度過高、準確率低等問題;在此基礎上,本項目將對基本二次曲面進行分析歸納,提出能夠處理包含曲面等複雜情況的重建算法,擴展重建的形體適用範圍;本項目還將突破重建對輸入視圖類型的限制,通過對圖像進行線框提取,對非精確非正交投影進行校正,對隱藏的線框結構進行恢復,使重建算法適用於實際的多種輸入。總之,本項目將從整體上提高基於單幅二維線框圖的三維重建算法的理論水平和套用價值,為產品概念設計提供有效的工具。

結題摘要

基於單幅二維線框圖的三維形體重建方法在產品的概念設計階段有著十分重要的套用,可以簡化設計步驟,提高設計效率。然而目前此方面的研究成果在算法效率、形體適用範圍和輸入數據方面都存在局限,對其進行研究在理論和實踐中均具有十分重要的意義。本項目提出了全新的從單幅二維線框圖重建三維形體的理論體系。提出基於裁剪的面環識別算法、結合推導最佳化的深度恢複方法、基於假元搜尋的形體分割方法,來解決重建算法複雜度過高、準確率低等問題,從而實現高效的平面形體重建。對通過特殊視角正投影生成的建築戶型圖,提出了基於結構構件識別的重建算法,得到對應的空間幾何、拓撲和語義信息。對包含曲面信息的單幅二維線框圖,提出結合幾何規則和優先權的面環分類方法、基於層次最最佳化的頂點深度估算方法、流復形與面環查找相結合的三維線框曲面重建算法,魯棒性高、可有效地避免陷入局部最佳化。對透視投影下的單幅二維線框圖,提出基於部分正交性的相機校準方法、基於因子圖最佳化的邊線方向估計算法、基於單視點逆深度依賴圖的線框圖降維算法和基於混合最佳化的三維重建算法,提高重建的效率和準確率,並拓寬可重建形體的覆蓋域。本項目還突破重建對輸入視圖類型的限制,對單視點投影下生成的室內全景圖,提出基於結構化學習的簡單房間結構預測算法,可自動恢復長方體形狀;提出基於約束圖最佳化的複雜房間結構重建算法,可重建包含遮擋、不完全滿足Manhattan世界假設的房間模型。總之,本項目從整體上提升了基於單幅二維線框圖的三維重建算法的理論水平和套用價值,為產品概念設計提供有效的工具。

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