基于单幅图像的三维室内场景重建及其布局研究

发布时间：2017-06-16 03:00

  本文关键词：基于单幅图像的三维室内场景重建及其布局研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当今社会,不断膨胀的数字媒体已经越来越多地出现在大众视野中,广泛应用的图片和大量的模型正深入各行各业。然而,如何快速高效地从图像还原出近似的三维场景是人们在描述现实世界时不可避免的问题,并且它也一直是计算机图形学的研究热点之一。为了帮助快速的场景设计,本文提出了一种全新的基于单幅图像的室内场景建模方法以及后续的场景布局方法,该方法可以通过少量的交互快速地将单幅图片还原出三维场景并在此基础上进行场景的布局。并且在上述研究基础上,我们进一步开发出了相应的室内场景设计原型系统。本文主要工作体现在以下三个方面：(1)提出了基于单幅图像的三维室内场景建模方法。本文在用户输入的单幅室内场景图像的启发下,以预先构建好的候选三维模型集为基础,通过图像分析、模型检索和相关反馈三个阶段来实现室内场景的建模。在图像分析阶段,利用几何推理结合图像分割方法获得输入图像场景中所包含的主要物体信息；在模型检索阶段,利用线绘制方法获得图像分析中所获得各物体以及候选三维模型集的中各物体的线框图,并采用线框图片特征结合星图的表示方法,对所获得的各线框图进行特征编码,在检索过程中正是利用图像中的物体与模型库中模型特征编码后的匹配程度,来获得场景中物体的相似三维模型,进而完成场景的构建。为更好的体现用户意图,本文在检索后增加了基于SVM的相关反馈,使得最终建模的场景中所包含的模型与图片信息更为接近。实验结果表明,本文所提方法在已有模型集的驱动下,能够自动、高效地从单幅室内场景图像中重建出对应场景,为后续的室内场景布局方法奠定了研究基础。(2)提出了一种基于规则的室内场景布局方法。本文在室内场景建模的基础上,提出了一种室内场景布局方法,来帮助用户更好地进行室内设计。方法归纳总结了以往的室内设计规则,将规则划分为功能性规则和视觉性规则来作为场景布局的约束。在优化布局过程中,我们采用基于马尔可夫链蒙特卡洛采样的方法,将约束作为密度函数来指导布局采样,在采样器迭代过程中生成多个合理的场景布局建议。实验表明,方法在辅以少量交互的情况下,可以对用户的场景布局进行科学合理的指导,来帮助他们快速完成家具的布局。(3)设计实现了IndoorDesign3D系统。本文将所提的基于单幅图像的室内场景建模方法与室内场景布局方法进行了合理整合,设计实现了对应的IndoorDesign3D原型系统,使方法流程得到了统一。从软件设计的角度介绍了该原型系统的功能、数据结构和关键类图,并通过实例对系统的主要模块进行了阐述。系统统一了基于单张图像场景建模与场景布局方法,使用户在进行室内场景设计时能够更加快捷便利,在很大程度上提高了他们的效率。
【关键词】：单幅图片 场景建模 线框图 模型检索 布局规则 场景布局
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 相关工作14-19
• 1.2.1 基于单幅图片的三维场景重建方法15-17
• 1.2.2 室内场景家具布局方法17-19
• 1.3 本文研究内容19-21
• 1.4 论文结构安排21-23
• 第二章 基于单幅图片的三维室内场景建模方法研究23-43
• 2.1 方法概述23-24
• 2.2 图像分析24-26
• 2.2.1 基于单幅图像的几何推理25-26
• 2.2.2 提取待建模物体26
• 2.3 模型检索26-35
• 2.3.1 二维物体与三维模型的特征表示27-30
• 2.3.2 检索过程30-35
• 2.4 相关反馈35-38
• 2.5 实验与分析38-42
• 2.5.1 结果分析38-40
• 2.5.2 与其它方法的对比40-41
• 2.5.3 局限性41-42
• 2.6 总结42-43
• 第三章 基于规则的室内场景家具布局方法研究43-55
• 3.1 方法概述43-44
• 3.2 家具布局规则44-49
• 3.2.1 功能性规则45-48
• 3.2.2 视觉性规则48-49
• 3.3 家具布局生成方法49-50
• 3.4 实验结果与分析50-53
• 3.4.1 实验结果51
• 3.4.2 方法比较与局限性51-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 IndoorDesign3D系统设计与实现55-65
• 4.1 IndoorDesign3D系统设计55-58
• 4.1.1 系统功能56
• 4.1.2 数据结构56-58
• 4.2 IndoorDesign3D系统演示58-64
• 4.2.1 基于单张图片的室内场景建模功能演示59-62
• 4.2.2 室内场景家具布局功能演示62-64
• 4.3 本章小结64-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 工作总结65
• 5.2 研究展望65-67
• 参考文献67-77
• 致谢77-79
• 简历与科研成果79-80

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