随着计算机视觉和虚拟现实的发展,三维模型重构问题目益成为计算机科学中的一个重要课题,3D模型广泛应用于对象识别,工业自动设计,视频游戏,动画制作,数字文物档案建立,建筑物原貌恢复等方面,而三维重建技术正是快速、有效获取3D模型数据的重要手段之一。 目前的三维重建算法主要集中在基于工程三视投影图的重建上,而本课题主要研究基于二维自由手绘图形的三维重建,以平板电脑的手写输入设备作为系统硬件平台,在VC++开发环境下配合Open Inventor三维图形库研发一套三维重建系统。该系统可实现两个方面的三维重建。一是对三维形体轮廓的重建,二是对特殊自由曲面的重建。 在重构三维形体轮廓部分,针对常用的三维重建方法的多解性和病态性的难点问题,提出一种基于Harris多尺度角点检测的图像分割算法,将复杂的工程图像分离成若干个简单基本几何形体,分别对其重建以避免直接恢复深度信息的病态解问题。改进的Harris角点检测算法具有旋转、平移和尺度的不变性。 在自由曲面的重建部分,提出一种用小波神经网络解决SFS(Shape from Shading)问题的优化方法。构造一个由3个小波神经网络并行而成的网络,建立其非线性学习机理,针对最优化方法的平滑因子对表面形状的均匀控制缺陷,提出一种具有自适应平滑的目标函数,使得重建表面形状的变化与图像亮度的变化一致。 在系统集成方面,将三维拓扑轮廓图与三维曲面图组合成一个完整的三维实体,并可在三维视窗内对其进行交互操作。对三维场景数据,经数据整合(依照IGES标准)后能导入到二维图形处理软件(如:AutoCAD)中进行尺寸标注和规范投影视图,也能导入三维建模软件(如：3D Max)中,进行纹理、色彩、灯光等外观效果的渲染。