[00948866]基于语义的三维模型重建技术开发与应用

三维模型重建属信息科学中计算机图形学与计算机视觉的核心问题之一，具有重要的科学意义和应用价值，相关研究已列入国家中长期科学和技术发展规划纲要。专用三维扫描设备价格高昂，真实背景下采集到的原始三维数据不理想，这些因素严重制约了三维模型的推广应用。传统三维模型重建方法主要是在原始数据基础上进行处理，没有充分利用模型的语义信息，难以对粗糙原始数据进行有效的三维重建，已不能很好地适应三维(3D)媒体普及应用的新要求，因此，必须研究基于低成本扫描设备进行三维模型高效重建的新方法。项目以低成本、易用性为三维模型重建的目标，采用通用摄像头，研究了基于语义的重建技术，使重建的三维模型在满足先验知识的前提下尽可能地逼近真实数据，实现了静态和动态目标三维数据的获取、点云增强和后处理，取得了创新性的研究成果。主要创新包括：(1)深入推进了基于语义的点云增强技术发展，突破了三维点云的噪声消除、模型修补、几何基元提取和特征提取等关键技术；(2)开启了基于语义的模型后处理技术研究，突破了感知特征的纹理合成、局部对称性分析、同类模型集合的联合语义分析、图像启发的数据驱动三维建模等关键技术；(3)研制了基于语义的三维模型重建系统，包括静态三维模型重建系统YH-AYE和动态三维模型重建系统YH-PEP两种型号产品。YH-AYE系统与市场上同类专业三维扫描设备性能相当，价格最著降低；YH-PEP系统在无模板、无标记点和无动力学骨架等条件下，解决了关节式动态三维模型的非刚性注册问题，并在参数化人体模型重建和体感驱动方面进行了扩展应用。项目成果鉴定认为：“总体技术处于国际先进水半，在基于语义的点云增强和模型后处理方面处于国际领先水平。所开发的系统成本低、易用性强，为三维模型重建技术的普及应用奠定了坚实基础。”发表学术论文70篇，SCI检索15篇，EI检索46篇，发表在ACM Transactions on Graphics、SIGGRAPH等权威国际期刊和会议上。论文他引425次(其中SCI他引41次)，特别是基于语义的点云增强和模型后处理技术研究成果，得到国际同行的高度评价，并被美国Princeton、以色列Tel Aviv等大学作为最新研究生授课材料。获授权国家发明专利1项，软件著作权10项。项目总投资1538万元，成果成功应用住考古、航空、机车、建筑设计、水利工程、家居、景德镇瓷器、影视娱乐、医疗、军事模拟训练等领域，新增产值1.4亿元、增收节支3776万元，创造了显著的经济效益和社会效益。