一、摘要
In this paper the main problems and the available solutions are addressed for the generation of 3D models from terrestrial images. Close range photogrammetry has dealt for many years with manual or automatic image measurements for precise 3D modelling. Nowadays 3D scanners are also becoming a standard source for input data in many application areas, but image-based modelling still remains the most complete, economical, portable, flexible and widely used approach. In this paper the full pipeline is presented for 3D modelling from terrestrial image data, considering the different approaches and analysing all the steps involved.
本文讨论了利用地面图像生成三维模型时面临的主要问题以及现有解决方案。近景摄影测量多年来一直通过手工或自动图像测量来实现高精度 3D 建模。如今，3D 扫描仪也逐渐成为许多应用领域的标准数据来源，但基于图像的建模仍然是最完整、最经济、最便携、最灵活并且最广泛使用的方法。本文给出了一个从地面图像数据生成 3D 模型的完整流程，同时讨论不同方法，并分析该流程中的各个环节。
关键词：标定、定向、可视化、三维重建
二、三维测量重建分类
作者先把 3D 对象测量和重建技术分成两大类：接触类方法和非接触类方法。接触类方法有坐标测量机、尺子等，非接触类方法有SAR、摄影测量、激光扫描等。其中大部分模型由基于光波的非接触类系统获得，又可以分为主动传感和被动传感。
当前主流的四种建模方法如下：
基于图像的渲染IBR
不一定生成真正的几何 3D 模型，而是直接利用输入图像生成新的视图。IBR 通常只适用于有限的可视化任务，不适合作为通用几何建模方案。
基于图像的建模IBM
利用图像中的二维测量或对应关系，借助数学模型恢复三维对象信息。除了传统摄影测量，这类方法还包括：从明暗恢复形状；从纹理恢复形状；从高光恢复形状；从轮廓恢复形状；从二维边缘梯度恢复形状。
基于测距的建模Range-based modelling
这类方法利用昂贵但高精度的主动传感器直接获取 3D 几何信息，很多真实感模型还是要借助单独拍摄的高分辨率彩色图像做纹理。
图像法与测距法结合
用图像法恢复大尺度基本形状，如平面墙面；用激光法获取局部精细细节，如浮雕、雕花、复杂曲面。
三、图像三维建模的一般流程
设计-->三维测量-->结构化建模-->纹理映射与可视化
从未标定图像自动恢复 3D 模型的方法
从一串相邻差异较小的视频帧开始，自动提取兴趣点，跨帧匹配，用鲁棒方法求相机参数和 3D 点，再做 bundle adjustment，最后用自标定把投影重建变成“带尺度的度量重建”，完成从拍摄图像到自动生成模型全过程。
从已定向图像出发进行半自动 3D 重建的方法
先交互式或自动完成图像标定与定向，再基于人工辅助进行建模，用户的工作主要包括：定义拓扑关系；编辑和后处理 3D 数据；对复杂对象给出结构假设。例如建筑物建模。
从已定向图像出发的全自动 3D 重建
这类方法的标定/定向可以单独完成，而 3D 重建本身则借助对象约束实现完全自动化。很多方法面向建筑场景，并显式使用强几何约束。
四、点云转曲面
给定一组采样点，这些点位于或接近未知表面 S，希望构造一个近似表面 S′。关键挑战在于：
- 点云通常无序
- 噪声存在
- 拓扑未知
- 可能有尖锐特征
- 点分布不均匀
可以分为四步
- 预处理：去除错误数据，平滑噪声，填补缺口，视情况重采样
- 确定全局拓扑：尽量保留边界、折线等结构约束
- 生成多边形曲面：建立满足质量要求的三角网
- 后处理：边界修正，补三角形，编辑多边形，填洞
主线
图像采集 → 标定与定向 → 2D/3D 测量 → 点云 → 网格 → 纹理 → 可视化
五、结论与展望
与激光扫描相比，基于图像的建模具有：低成本；高便携性；适应对象尺度广；在很多场景下能得到准确而真实的模型 的优势。
尽管自动方法不断进步，但面对：复杂对象；弱纹理表面；高精度要求；完整性要求的挑战，完全自动化依然不现实。
真正难点在：
- 点云转网格
- 网格编辑
- 纹理融合
- 几何/辐射畸变处理
- 实时可视化
六、笔者思考
论文发表于2006年8月，很多部分看看结构，有点看不太懂在讲什么了。
