四维看看—人工智能三维数字化技术在空间场景方向的应用
报送单位:五邑大学 推荐单位:广东省教育厅

支撑项目(平台):/

参与单位:广东省教育厅

所属学科:计算机科学与技术

主要贡献者:崔岩

成就简介:该项目着眼于国内十分薄弱的三维数字化重建环节,已获得“一种基于单个相机的三维数字化重建方法及系统”等3项发明专利授权,申请“通过球幕相机进行三维建模的方法”等发明专利5项,拥有“四维看看应用程序软件”等计算机软件著作权4项,技术成果处于国际领先水平。项目研究成果转化程度高,已在数字文博、数字地产和数字电商等领域实现了广泛地应用,取得了较大的经济效益。除此之外,项目成果还取得了一定的社会影响力,2018年为广东春晚提供技术支持,为《情牵梁家河》歌曲呈现习近平总书记知青岁月驻扎地梁家河风貌。2017年作为阿斯塔纳世博会中国馆指定虚拟现实技术,为中国馆打造虚拟现实场馆。2016年为中国十大考古发现-南昌汉代海昏侯国遗址打造线上数字博物馆并获央视报道。

  一、国内外研究现状
  目前国内外三维数字化重建系统大致分为以下三类:第一类三维重建系统是通过相机成像模型,从二维图像中计算出物体的三维结构。这一类的方法成本较低,但是重建结果易受到其他因素的影响。第二类是利用精密的硬件设备,如激光扫描仪、结构光、深度扫描仪(Range Scanner)等直接测量出物体表面点的三维坐标。这类方法由于是直接对三维物体的空间信息进行处理,因此精度较高。但是这类方法需要较为复杂的并且成本十分高昂的硬件设备。第三类是利用低价的扫描仪器,比如Kinect或者Time of Flight等。
  以上三类三维重建系统在技术应用中有以下5点不足之处:
  1.目前的扫描仪多为进口产品,提供此项服务的人员只是使用者,而非技术的专业人员,不能解决采集过程和结果中出现的实际问题;
  2.扫描的时间长,外部环境的变化会引起结果的不稳定,而且没有颜色信息;
  3.采集过程需要在物体上标定特征点,这种接触式的扫描方法,不适合进行珍贵物品的三维建模;
  4.需要大量繁重的人工后期处理,不仅在重建结果中引入了人为不确定因素,而且大大增加了时间和人工成本;
  5.激光镭射扫描仪价格昂贵,操作复杂,普及困难。
  二、研究内容和解决的关键问题
  该项目的研究成果是面向大众的全球首款消费级大场景三维数字化建模的硬件设备和软件服务。硬件设备包括球幕相机和手持式拍摄支架。软件服务包括移动客户端和云端建模。该套设备和服务可以实现:
  1.便携式家用设备,傻瓜式操作,可对500平米内的任何场景进行拍摄和三维数字化建模;
  2.客户端实时预览三维效果;
  3.场景图片上传至云端快速建模;
  4.模型链接生成,可在客户端和网页端预览。
  为实现以上硬件设备和服务,该项目解决了以下关键性问题:
  1.硬件核心部件,为达到家用级的目的,在硬件核心部件的选取上必须降低成本。本项目硬件核心部件采用光学镜头,避开传统扫描仪激光类昂贵设备;
  2.硬件外观设计,为达到精巧便携的目的,将硬件数据采集设备规格降低至工业扫描仪的1/20;
  3.软件服务,基于SLAM和SFM技术在没有深度信息的情况下准确地逆向还原场景的三维信息,全自动还原场景颜色信息,将三维数字化建模效率提高百倍以上;
  4.三维数字化模型展示,实现自动识别不同端口的差异化压缩算法,无需任何插件便能够在APP、手机、电脑、Pad、本地端轻松浏览。

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