三维实景建模技术及运用下_潘亮

封装了其中的计算过程，只留了三个参数供选择。实际
使用中一般只需要设置两个 ：Accuracy 决定计算的精
确性，有高中低三个选项，精度越
高计算速度越慢。只要计算机硬件
性能足够，一般选择 High ；第二
项 Pair preselection 一定要选择
Disabled。
选好选项后，点击 ok，计算机
意大利国立虚拟视觉研究院主导开发的非商业性 质免费软件。主要用于图形图像专业研究人员的算法测 试、比较与相关研究目的的三维数据处理。其中包含多 种点云编辑功能，其中的网格编辑与计算尤为强大，并 且能支持多种三维数据格式的转换。缺点是对使用者的
专业知识要求很高，非理工科背景的使用者很难看懂其 命令及参数。 c) Sure
本坦克车。基本拍摄要素见表格 1。照片效果见图 10。
最复杂难度最高的部分设计完毕
并不断优化。对一般的研发人员来
说，已经不用编写底层的算法。基
于此开发出的实景建模软件大多
也屏蔽了各种专业参数的选择，操
作使用上越来越简单，有的甚至已
经 趋 于“ 傻 瓜 化 ”。 本 文 重 点 介 绍
的是一款俄罗斯重建软件 ：Agisoft
美国 Luxology 公司开发的世界著名的三维设计综 合软件，用于视觉表现、动画制作、影视特效、游戏制 作等多个领域。用于完善的三维设计开发功能，是业内 能够完成从视觉创意到工业设计的少数软件之一。其 智能程度高、拥有更高一级的用户体验，在基础建模、 UV 编辑、重拓扑以及渲染输出等方面出类拔萃。
被同时恢复出的房屋点云
Step.03
密集点云
重建。这一步将
重建用于网格
化的密集点云，
是关键的一步。
执 行 Workflow——Build
图 13 密集点云重建
Dense Cloud。
这一步选项依旧很少，只有两
项，Quality: 质量，和对齐图片的
Accuracy 类似，影响重建的精度，
值越高计算越准确但是时间越长。
及到一系列高深复杂的数学原理，其难度往往令很多
完成。
人望而却步。不过，经过多年的发展，国际上由多个专
我们测试的场景是在晴朗天空下一个用于拍摄电
业研究人员前后接力开发出了开源的程序设计包，如
影的道具 ：电影《百团大战》中一辆仿制的抗战期间日
Bundle、CMVS、PMVS、SURF 等 等， 已 经 将 其 中
数字视觉巨头 Autodesk 产品，在国外影响较大， 使用非常简单。但是由于其不提供单机版，只提供云端 付费使用，因此需要联网将图片上传服务器。考虑到国 内防火墙的限制，可用性较差。 b) Smart3Dcapture：
法国 Accute 公司出品，可单机使用，目前业内公 认的顶级重建软件。其低版本内核被 123D Catch 采 用，目前已经成功应用在数字地形生成、文物古迹保护 等领域，支持从手机、专业相机、街景采集到航空影像 等几乎所有拍摄系统，能够在使用较少图像的情况下生 成高分辨率三维模型。在三维点云降噪、网格生成方面 有独到的方法。缺点是价格极其昂贵，试用版在诸多方 面存在限制。 c) Photoscan：
就开始进行分析和重建了，一般从
几分钟到几十分钟不等。
稀疏点云重建之后，我们可以
大体上看到重建场景的样貌，其中
红色部分代表的是相机空间矩阵，主要是方便检查校验 相机信息，被红色部分包围的就是重建目标，可以看 出，坦克的主体轮廓和纹理信息已经基本成型。红色部 分之外的点云是一同被恢复出的场景信息，虽然是我们 不需要的东西，而且在拍摄图像是并没有特意兼顾，但 是可以发现其三维重建点云依然可以接受，可见算法的 强大！通过点云编辑工具将不需要的部分删除，下一步 就要开始密集点云重建了。
48 影视制作
音画制作︱Post Production
8 实用化三维重建软件Photoscan简介及实际应用案例
度相对比较小。 对于一个简单的单目多视角三维重建场景来说，
Photoscan 只需要五步操作就可以生成三维模型。本
从上面复杂的重建原理可以看出，三维重建技术涉
案例涉及到的全部操作都可以在其 Workflow 菜单下
本例选择 High。Depth filtering:
深度滤波，这是图像信息处理的一
个术语。在密集点云重建过程中，
往往需要对点云的空间信息进行
过滤，进行降噪处理。处理时根据
不同的目标特征信息，需要做不同
50 影视制作
图 12 稀疏点云重建结果
的设置。平和的设置（Mild）对噪声处理效果有限，但 是对模型细节的破坏少，激进（Aggressive）的设置 降噪的效果好，但是对模型的细节破坏大。因此，这一 选项要根据目标模型的具体情况斟酌后选定。在本例中 选择 Aggressive 进行测试。运行大约 2 小时左右，得 到结果。从结果来看，重建的效果是相当不错的。
大约 20 分钟后，结果如下。
图 17 从同一个视角对比之前的点云效果、原始图像，很容易对重建结果进行评估
Step.05
建 立 纹 理。
纹理指的是表
面 的 图 案 信 息。
Photoscan 不
仅 能 恢 复 模 型，
还能将通过空 间映射得到的
图 18 重建纹理
纹理信息转换
成二维图像，用
以配合模型输
2014 年才出现的新一代三维重建软件。在点云生 成与立体密集匹配、网格化等方面有独特的算法设计。 既提供傻瓜式的一键生成，又提供高级使用者专业的参 数设置。在输出方面，记录了各环节全面的技术状态和 解算参数，可以在此基础上进一步开发完善。但是该软 件自身不带相机标定功能，需要从别的软件导入。该软 件主要担负三维重建密集点云生成和网格化等工作。
辅助重建软件：
这类软件来源较广，既有用于数字表现的综合开发 环境，也有特定领域里的三维软件。每个软件各有所 长，都能为三维重建提供有力的支撑。 a) Meshmixer
Autotesk 公司 2014 年推出的一款用于 3d 打印 前修整模型的软件，操作简单，功能强大，能够自动检 测模型表面的缺陷，主要用于自动建模之后的三维网格 表面修复、平滑等步骤，是后期完善模型的得力助手。 b) Geomagic Studio
美国 3dsystem 公司开发的一款用于逆向工程的 先进设计软件，主要用于逆向工程全流程的编辑与开 发。由于图像三维重建与逆向工程中的激光扫描三维重 建都涉及到点云处理、网格生成与编辑，因此该软件中 的很多命令、工具都可以用于图像三维重建技术。 c) CloudCompare
这也是一款免费的用于逆向工程的点云处理软件， 主要用于点云的空间对准、不同点云的比对，对点云统 计特征的计算与显示。其内部结构针对点云数据进行了 特殊的优化，因而甚至可以在笔记本上处理高密度的点 云数据。 d) Modo
9 结语
三维实景重建技术已经进入到了实用化阶段，对于 模型师来说，这种技术提供了一种获得高精度三维模型 的全新方式。通过它，我们可以在很短的时间内（几小 时 ~ 几天），获得高精度的目标模型轮廓，在此基础上 继续完善细节可以获得写实级别的三维模型。随着相关 技术的进一步发展，更智能更高级的实景建模工具一定 会在高端影视生产过程中发挥更大的作用，让我们拭目 以待！
关键词 ： 实景建模 ；photoscan ；VisualSFM
（接上期）
7 实用性三维重建软件简介
经过近 40 年的不断发展，三维实景建模技术在理 论和算法上日趋成熟，相应的软件和工具也在近几年相 继面世。根据输入条件、输出结果、流程的完整性等原 则，这类工具基本可分为全流程重建、局部流程重建以
及辅助重建软件。
field 针对的是航空图像。 Source data: 点云来源，
这 里 当 然 要 选 择 Dense cloud， 如 果 选 择 Sparse
图 16 坦克重建模型（网格化）
cloud，结果会比较差。Polygon co-unt: 多边形数 量，根据需要选择，同样，数量越多处理时间越长，默 认给出了几种精度下的对应数量，也可以根据需要手动 设置，一般情况下，High 足矣。
Step.01
导入图片到 Photoscan。这一步需要注意，对于存在有明显拍摄缺陷的图像（如虚焦、曝光过度），要事先剔 除掉。
影视制作 49
音画制作︱Post Production
Step.02
对 齐 图 片。
这一步主要进
行相机的标定
以及稀疏重建。
由 于 Photoscan 对使用者
图 11 对其图像模块参数设置
图 14同角度重建结果与原始图像对比
音画制作︱Post Production
Step.04
建 立 网 格。
这一步要对三
维点云进行三
角化处理。执行
Workflow——
Build Mesh。
在菜单下有三
个选项需要选
图 15 建立网格菜单
择，Surface
type: 表面类型，选择 Arbitary，另一个选项 Height
全流程重建软件：
能够完成从照片输入到初始三维表面生成（网格 化）的全部工作，只需要很少的人工参与，接近自动化。 目 前 主 要 有 123D Catch、Smart3D、PhotoScan、
影视制作 47Biblioteka 音画制作︱Post Production
Pix4D 等。 a) 123D Catch和Recap：
出到其他三维
软件（3d Max、 图 19 重建细节效果
Autocad 等）进
行后续处理。执行 Workflow——Build Texture，一般
情况下，不需要做任何修改，保留默认信息确定就可以。
纹理信息不是本文的重点，这里对其参数含义不再赘述。
重建纹理后，局部放大结果如图 19。