基于虚拟现实技术的3D扫描图像重建方法研究

杨冰

摘要：当前传统的图像重建技术不能完成复杂的真实场景图像重建，为此提出基于虚拟现实技术的3D扫描图像重建方法研究。分析基于虚拟现实技术的3D扫描图像降质，计算图像重建坐标点，测量实景图像数据，将测得的实景数据参数化，以3D扫描实景图像点看成原始坐标点，计算图像重建深度距离，成功测绘实景图像，形成三维立体画面，实现图像重建。通过实验论证分析，对比提出的重建方法与传统图像重建方法，判定图像重建后的位置与原位置的重合率，从而证明提出方法的有效性。

关键词：虚拟现实;3D扫描;图像重建;技术

中图分类号：TP391                         文献标识码：A

Research on 3D scanning image reconstruction method based on Virtual Reality Technology

yangbing

Zhenjiang Vocational Technical College，jiangsuzhenjiang212000

Summary：At present， the traditional image reconstruction technology can not complete the complex real scene image reconstruction， so a 3D scanning image reconstruction method based on virtual reality technology is proposed. This paper analyzes the degradation of 3D Scanned Image Based on virtual reality technology， calculates the coordinate points of image reconstruction， measures the real image data， parameterizes the measured real image data， regards the 3D Scanned real image points as the original coordinate points， calculates the depth distance of image reconstruction， successfully maps the real image， forms the three-dimensional picture， and realizes image reconstruction. Through the experimental demonstration and analysis， the proposed reconstruction method is compared with the traditional image reconstruction method to determine the coincidence rate between the reconstructed position and the original position， thus proving the effectiveness of the proposed method.

Key words： virtual reality; 3D scanning; image reconstruction; Technology

0引言

隨着科技的发达，图像重建技术的出现给各行各业带来新的方向，被大部分领域广泛应用，目前这些领域一旦失去图像重建技术，这些行业的发展肯定会发生倒退现象，由此可见研究图像重建技术的重要性^[1]。传统的图像重建方法是通过3D扫描，高速高密度测量物体，输出三维点云，从而达到图像重建的目的。图像重建技术从开始被应用于放射医疗设备，显示人体各部分图像，到现在应用于大部分领域，如投影重建、明暗形状恢复、立体视觉重建和激光测距重建等^[2]。但是，当前的3D扫描图像重建方法却受限于操作手段，不能完成复杂的真实场景图像重建，为此引入虚拟现实技术，研究基于虚拟现实技术的3D扫描图像重建方法，完成复杂的真实场景的图像重建^[3]。虚拟现实技术是利用计算机生成一种模拟环境，通过多源信息融合的交互式的三维动态视景，完成对实体行为的仿真，最终重建3D扫描图像。

1 基于虚拟现实技术的3D扫描图像重建方法

1.1基于虚拟现实技术的3D扫描图像降质分析

图像降质分析之前先考虑限制图像分辨率的因素，决定图像质量的因素主要是相机光学部分的衍射分辨率和图像探测器的分辨率，在图像重建之前进行降质分析可以提高重建图像的信噪比，从而提高重建图像的质量。假设相机所观测到的三维虚拟目标都是点光源，两        个点光源进入到相机光学部分后会形成艾里斑，如果其中一个艾里斑的边缘零点与另一个艾里斑的中心重合，那么两个艾里斑之间的间隔就是相机光学部分可以识别的最大距离，即：

式中，表示三维虚拟目标与相机之间的距离，表示光进入到相机的波长，表示光通直径。

从公式中可以看出，光波的波长越长，相机光学部分识别到的最大距离就会变大，导致图像的分辨率降低，达到图像降质的目的。

作为限制图像分辨率的另一个重要因素，图像探测器在识别最小目标时也存在极限。场景画面信息通过相机的光学部分，被图像探测器接收并转化为电信号。假      设图像探测器观测到的两个三维虚拟目标仍然是点光源，图像探测器的像元大小为，只有两个点光源目标存在一定距离，才能被图像探测器接收，从输出的图像中将其分辨出来。

经过上述的分析可知，图像探测器的分辨率会大于场景画面光学衍射的分辨率，因此图像的降质研究通常是从提高图像探测器的分辨率方向进行。基于虚拟现实技术的3D扫描图像重建是从图像中提取先验知识点的方式来复原图像的技术，通过计算场景画面的最小识别距离来实现图像的降质分析。

1.2 计算图像重建坐标点

实景图像重建采用3D扫描技术对需要重建的实景图像进行全范围的扫描，测量实景图像数据，将测得的实景数据参数化，以3D扫描实景图像点看成原始坐标点，重建的虚拟图像需要寻找与实景图像相映射的点^[4]。

1.3 计算图像重建深度距离

1.4 图像重建实现

2 实验论证分析

为保证本文研究的基于虚拟现实技术的3D扫描图像重建方法的有效性，设计如下对比实验。采用一普通民居中的冰箱、床、洗衣机、电视机四种家具进行3D扫描图像重建检测实验。为了方便实验的进行，在实验中，设民居中所有电器家具摆放位置在条件下均固定且不可变，将民居看成空间坐标，民居模型设为，重建图像为。则有：

式中为居民加电系数。为保证实验的严谨性，根据设备额定功率，设定实验参数如表1所示。其中，床的额定功率定义为0。

使用本文提出的基于虛拟现实技术的3D扫描图像重建方法与传统3D扫描图像重建方法，分别重建民居家电位置图像，计算出图像重建检测结果和真实检测结果加电位置的指数分量和，根据检测结果绘制民居家电位置图，两种方法分别与真实检测结果位置进行对比，通过指数分量和判定图像重建后的位置与原位置重合度，对比本文提出的基于虚拟现实技术的3D扫描图像重建方法与传统3D扫描图像重建方法。对比结果如图1所示。

从图2中可以看出，应用传统3D扫描图像重建方法重建后的位置与原位置误差较大，根据表1观察民居家电位置，发现家电的指数分量和重建位置有关，随着指数增大，家电位置误差也在逐渐增大;而本文提出的基于虚拟现实技术的3D扫描图像重建方法与原位置误差极小，传统方法出现的指数分量和的变化，在本文提出的方法上没有明显变化。由此可见，本文提出的基于虚拟现实技术的3D扫描图像重建方法，比传统3D扫描图像重建方法效果更好，可以重建更复杂、更完整的图像。

3 结束语

综上所述，本文方法在民居家电位置重建方面误差极小，重建效果更加良好。因此本文提出的基于虚拟现实技术的3D扫描图像重建方法研究具有十分重要的意义。但是，本文对基于虚拟现实技术的3D扫描图像重建方法研究并不完全，没有达到百分百准确重建实景图像，为此必须不断深入研究基于虚拟现实技术的3D扫描图像重建方法，将图像重建后的位置准确率达到百分之百，广泛应用到所有行业中，为社会做出更大的贡献。

参考文献

[1] 王美霞，姚培华.虚拟现实技术舰船高速航行图像目标检测算法[J].舰船科学技术，2020，42（04）：46-48.

[2] 张建军.全景虚拟现实技术在虚拟校园建设中的应用[J].北京工业职业技术学院学报，2020，19（01）：18-22.

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[4] 朱福全，杨丽平.虚拟现实技术在消防科学中的应用[J].科技创新导报，2018，15（09）：146-149.

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