林達德臺灣大學：生物產業機電工程學研究所洪國隆Hong, Guo-LongGuo-LongHong2007-11-262018-07-102007-11-262018-07-102007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/52933本研究延續前人所建立的地理資訊系統及網路地理資訊系統，從中再進行新功能的擴充，這些功能包含三維模型的重建、展示與網路虛擬實境的建立。在三維模型重建方面，主要是使用立體視覺來估算空間中的深度資訊，以及從攝影機校正所得的攝影機參數來做為模型重建的依據，再使用比對影像對所得到的像差陣列，藉由簡單的針孔相機模型幾何關係，以投影重建方法來將模型的三維座標重建出來。在重建的同時，利用像差值來做為景物分離的依據，以及建立像差在修補及濾波上之後處理工具，以利快速取得所需要的場景物件模型。多視角景物的合成是使用SIFT的方法來找出影像與影像之間的特徵點對應關係，藉由對應點的三維座標將不同視角之同一景物模型完成定位的工作。在不同視角之模型定位完成後，將各個模型的資料點投射到圓柱的曲面上，然後使用Delaunay triangulation演算法，將曲面上的資料點進行三角網格化，完成不同視角模型之資料點之網格化與合併。如此將三維空間的網格問題簡化至二維，便可用套用一般影像處理的方法，來處理二維圓柱曲面之三維模型網格問題。在網際網路的三維模型繪圖展示上，使用網路虛擬實境模型語言X3D檔案格式，將前人所重建的環場模型及使用圓柱投影像重建的單一模型擴展到網路上，做三維模型的即時繪圖及供人瀏覽。將建立好的X3D物件依照拍攝時所記錄的地理資訊，與前人所建立的網路地理資訊系統做連結，在提供導覽的同時，也提供使用者和場景模型的互動。This research continues the development of the integrated Web-GIS created by former studies and expands new functions including the 3D model reconstruction, display and internet virtual reality. In the reconstruction of 3D models, we applied stereo vision to calculate the depth information, determined the camera intrinsic parameters by camera calibration, and reconstruct 3D models by projective reconstruction based on simple geometry of pinhole camera. The segmentation of 3D objects in a scene was based on the disparity estimated from image pairs. We also developed the post-processing tools for mending and filtering of the segmented 3D objects. The multi-view objects were merged by using the SIFT method to detect the corresponding feature points of images from different views, and the matched points are used for the registration and merging of the two 3D objects. Following the object registration of different views, the data points of 3D objects are mapped into the cylindrical surface. The Delaunay triangulation method is then applied to triangulate the points on the surface and subsequently completes the merged model based on the registered feature points. This procedure simplifies the 3D meshing problem to a 2D problem and thus 2D image processing algorithms can be employed for the computation of 3D reconstruction. To visualize the 3D models in the internet environment, the virtual reality modeling language X3D was used to render and display the 3D objects in real-time. The X3D models, together with the panoramic images, can be linked to the GIS system to form a virtual reality GIS (VRGIS) for internet access. The developed VRGIS thus allows users to interactively navigate through scenes in virtual reality.摘要 i ABSRACT ii 目錄 iii 圖目錄 vi 表目錄 ix 第一章 前言與研究目的 1 1.1 前言 1 1.2 研究背景 2 1.3 研究目的 3 第二章 文獻探討 4 2.1 地理資訊系統 4 2.1.1 地理資訊系統的特色 4 2.1.2 地理資訊系統的格式 6 2.1.3 地理資訊系統的功能 6 2.2 網路地理資訊系統 7 2.2.1 網路地理資訊系統的架構 7 2.2.2 網路地理資訊系統的種類 8 2.3 電腦立體視覺 9 2.3.1 校正 11 2.3.2 對應 14 2.3.3 重建 15 2.4 三維重建 16 2.4.1 事先校正 16 2.4.2 線上校正 17 2.5 虛擬實境 19 2.5.1 虛擬實境三大要素 19 2.5.2 虛擬實境的分類 20 2.6網路虛擬實境模型語言 21 第三章 研究設備與方法 23 3.1 系統架構 23 3.1.1硬體設備 23 3.1.2 軟體架構 24 3.1.2.1 地理資訊系統 25 3.1.2.2 虛擬場景建構系統 25 3.1.2.3 網路地理資訊系統 25 3.2 場景重建 28 3.2.1 實地取樣 28 3.2.1.1 立體視覺系統校正 28 3.2.1.2 取得立體影像對 33 3.2.2 影像比對 33 3.2.2.1 比對方法 33 3.2.2.2 像差陣列後處理 35 3.2.3 模型重建 36 3.2.3.1 三維座標重建 36 3.2.3.2 環場模型重建 37 3.2.3.3 景物模型重建 38 3.2.3.3.1 目標景物之分離 38 3.2.3.3.2 不同視角之定位 40 3.2.3.3.3 圓柱投影 49 3.2.3.3.4 三角網格化 52 3.2.3.3.5 不同視角之材質形變與混合 55 3.2.3.3.6 轉換回空間座標 56 3.2.3.4場景模型轉檔 56 3.2.4 繪圖顯示 57 第四章 結果與討論 58 4.1 相機校正 58 4.2 影像比對 59 4.3 像差陣列後處理 60 4.4 三維做座標重建 61 4.5 環場模型重建 62 4.6 景物模型重建 63 4.6.1 物體模型之重建 63 4.6.1.1 目標景物之分離 63 4.6.1.2 不同視角模型之定位 64 4.6.1.3 圖柱投影重建 67 4.6.1.4 材質形變及混合 69 4.6.2實地景物之重建 69 4.7轉存X3D檔案格式 71 4.8 網路地理資訊系統 74 4.9 重建時間比重 79 第五章 結論與建議 81 5.1 結論 81 5.2 建議 82 參考文獻 83 附錄 875469449 bytesapplication/pdfen-US立體視覺地理資訊系統SIFT虛擬實境X3DStereo VisionGISVirtual Realitythesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/52933/1/ntu-96-R94631009-1.pdf