發(fā)布時間：2020-04-23 06:32

【摘要】：目前,中國游艇行業(yè)發(fā)展迅速,游艇操作人員的培訓和考核變得格外重要。若部分游艇的實操培訓在全任務游艇模擬器中完成,將會顯著提高培訓效率、節(jié)省培訓開支、規(guī)避培訓風險。隨著虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,VR)技術的不斷發(fā)展,作為全任務游艇模擬器的補充,基于VR技術的游艇模擬器將以更低廉的價格、更小的設備占用空間和更易于網(wǎng)絡化的優(yōu)點,逐步占據(jù)一定的市場份額。本文研究重點是VR視景系統(tǒng)的關鍵技術及具體實現(xiàn)。此外,以三維場景中的人體數(shù)據(jù)為研究對象,利用Kinect深度傳感器獲取人體三維點云數(shù)據(jù),研究點云數(shù)據(jù)預處理、去噪平滑方法,對不同方位的三維點云數(shù)據(jù)進行全局配準的方法,以及從點云到三維模型的三維表面重建方法。本文的主要研究工作和結論如下:(1)使用Kinect體感設備、Oculus Rift頭戴顯示器、三自由度動感平臺座椅虛擬現(xiàn)實設備,搭建VR游艇視景系統(tǒng)。該視景系統(tǒng)模擬的港口、海面以及白天夜晚、雨、雪等場景真實,提供了游艇駕駛艙內(nèi)觀察視角,視點可跟隨頭部的運動而改變,且可以自然簡便地進行人機交互,座椅配合游艇運動,滿足了系統(tǒng)在真實感和沉浸感方面的要求,而且保證了實時性,達到預期效果。(2)采用3臺Kinect設備多視角獲取三維場景數(shù)據(jù)。為解決點云噪聲問題,提出雙邊濾波和中值濾波相結合的方法,該方法提高了點云的質量。通過不同視角下的標定物,計算相鄰視角間的旋轉和平移矩陣,并通過迭代最近點(ICP)算法進行點云配準。該方法快速、有效地完成了點云的全局配準。(3)本文分別使用移動立方體算法、泊松算法和貪婪投影三角化算法對點云數(shù)據(jù)進行三維表面重建并進行對。發(fā)現(xiàn)泊松算法并不適合本文研究的點云數(shù)據(jù),貪婪投影三角化算法抗噪性差,移動立方體算法信息丟失嚴重。將點云的顏色數(shù)據(jù)映射到三維模型上,增加了三維模型的真實感。
【圖文】：

逡逑而非灰度值，這兩者之間的關系如圖２．１所示。一般情況下，如果彩色圖像和深度逡逑圖是經(jīng)過配準的，這樣的圖像又被叫作ＲＧＢ－Ｄ圖像，其每個像素單元與顏色和深逡逑度值有著一一對應的關系［３＼逡逑利用Ｋｉｎｅｃｔ傳感器獲取的彩色圖像與深度圖像之間的區(qū)別如圖２．２所示。逡逑ａ）彩色圖像邐ｂ）深度圖像逡逑ａ）ＲＧＢ邋Ｉｍａｇｅ邐ｂ）邋Ｄｅｐｔｈ邋Ｉｍａｇｅ逡逑圖２．２人物的彩色圖像與深度圖像逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｃｏｌｏｒ邋ｉｍａｇｅ邋ａｎｄ邋ｄｅｐｔｈ邋ｉｍａｇｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ逡逑２．１．２點云數(shù)據(jù)逡逑利用測量得到的場景中點的數(shù)據(jù)集合稱為點云數(shù)據(jù)。這些點云數(shù)據(jù)根據(jù)測量逡逑設備原理的不同以不同的形式記錄。通常點云數(shù)據(jù)的信息中可能包含三維坐標、顏逡逑色以及光照強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）等信息。根據(jù)點云數(shù)量經(jīng)常將點云分為稀疏點云和密集逡逑點云，稀疏點云中點數(shù)量較少，點與點之間的距離較遠，而密集點云反之。根據(jù)點逡逑云數(shù)據(jù)模型的排列方式來看，常見的點云有４種數(shù)據(jù)模型［３１］：掃描線點云、多邊逡逑形點云、數(shù)組式點云和散亂點云［３２１。本文研宄對象為經(jīng)Ｋｉｎｅｃｔ采集后的散亂點云。逡逑散亂點云的特點是拓撲關系不明確，幾何分布無規(guī)律，組織結構混亂，散亂無序。逡逑圖２．３展示了點云數(shù)據(jù)（Ｐｏｉｎｔ邋Ｃｌｏｕｄ邋Ｄａｔａ，ＰＣＤ）模型。逡逑圖２．３斯坦福兔子的點云數(shù)據(jù)及其放大效果逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋Ｔｈｅ邋ｐｏｉｎｔ邋ｃｌｏｕｄ邋ｏｆ邋Ｔｈｅ邋Ｓｔａｎｆｏｒｄ邋Ｂｕｎｎｙ逡逑－７－逡逑

從計算機視覺方面來說，三維重建指的是依據(jù)單視圖或者多視圖的照片恢復逡逑目標的三維信息［３３］。而使用Ｋｉｎｅｃｔ采集物體的三維點云數(shù)據(jù)，完成對目標的三維逡逑重建的一般流程如圖２．４所示。逡逑物體：邐深度圖像邐邐逡逑Ｋｉｎｅｃｔ丨邐Ｈ預處理ｊ邐Ｈ點云計算邐Ｈ點云配準＂逡逑三維紋理幾何模型？邐邐——Ｉ數(shù)＾融合逡逑邐１邐不含冗余的網(wǎng)格模型逡逑圖２．４Ｋｉｎｅｃｔ的三維重建流程逡逑Ｆｉｇ．邋２．４邋３Ｄ邋ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋Ｋｉｎｅｃｔ逡逑２．３本章小結逡逑本章主要描述了在本文的研宄過程中需要了解的基礎理論，包括彩色圖像和逡逑深度圖像區(qū)別、點云數(shù)據(jù)以及三維重建。逡逑－８－逡逑
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U666.158;TP391.9

【參考文獻】

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3 程彬彬;王明鑫;商楠;;淺談游戲開發(fā)平臺Unity3D的應用與發(fā)展前景[J];通訊世界;2016年14期

4 沈冰;;虛擬現(xiàn)實頭盔延時感和沉浸感的研究[J];電子產(chǎn)品世界;2016年07期

5 徐濤;黃賢立;嚴霞;林t，

本文編號：2637455