山大学者另辟蹊径解决3D重建问题
相关研究成果在计算机图形领域顶级会议SIGGRAPH上发表本报讯 近日,3D物体形状重建,这一与影视制作、先进制造、智慧城市、无人驾驶等许多方面都息息相关的技术,迎来了新的突破。最近一项在SIGGRAPH 2017发表的研究把液体(水)作为获取物体形状的介质,将3D物体表面建模问题转化为体积问题。有别于常见的3D激光扫描,这种方法突破了传统的光介质,可以准确重建物体中的隐藏部分。
这一研究的相关论文《基于浸入转换3D形状重建》(Dip Transform for 3D Shape Reconstruc-tion)由山东大学计算机科学与技术学院、软件学院院长陈宝权教授率领北京电影学院未来影像高精尖创新中心和山东大学研究团队,联合以色列特拉维夫大学、本·古里安大学,以及加拿大英属哥伦比亚大学的研究人员合作完成,涉及3D物体形状重建从算法到装置原型的设计与制造等方面。整个硬件的实现由山东大学完成。这一课题得到了国家重点基础研究发展计划(“973”)项目和国家自然科学基金委员会重点项目、中国—以色列国际合作重点专项的支持。
该研究最大的突破在于能够方便测量物体的不可见部分。传统3D扫描和形状建模方法一般是使用激光扫描仪和摄像头对物体表面进行扫描,容易受到光线、结构和材质的影响。
为了解决这些问题,研究人员将液体作为获取物体形状的介质,通过物体进入水中的排水量得出的体积信息重建物体的表面形状。水这一介质的优势在于能很好地贴合复杂的表面,还能渗透到空腔里,计算排水量也不需要考虑光线的折射率和偏振等问题,因此研究轻松绕过了光学设备面临的种种限制。
实验中,研究人员制作了一套简便的“3D浸入装置”———用机械臂夹住物体,将物体浸入水槽,通过测量水位上升变化的曲线得出沿当前角度浸入水中的物体的横截面。物体以不同角度浸入水中后的多个横截面信息能帮助研究人员精确地计算出物体的几何形状,包括平时激光扫描仪很难捕捉到的部分。
研究借鉴了CT扫描的原理。不过,相比CT存在的体积大,使用环境有限,成本高等限制,浸入转换法计算成本低,性价比高,形状更完整,而且应用范围更广。此外,浸入转换装置搭建起来也很简单。
陈宝权教授表示,虽然在软件和硬件上仍存在一些问题,但该技术应用前景广阔。理论上已完全成熟,关键是针对具体应用中的物体大小和精度需求开发相应的装置来达到最高的性价比。(陈绮彤)