三維重建

three-dimensional reconstruction，3D reconstruction

定義：對三維物體建立适合計算機表示和處理的數學模型。是在計算機環境下對其進行處理、操作和分析其性質的基礎，也是在計算機中建立表達客觀世界的虛拟現實的關鍵技術。

學科：計算機科學技術_計算機應用_多媒體

相關名詞：三維建模 計算機圖形學 計算機視覺

圖片來源：視覺中國

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在計算機視覺中，三維重建是指根據單視圖或者多視圖圖像重建原始三維信息的過程。單視圖缺少深度、多視角信息，基于單視圖的三維重建效果較一般。基于多視角圖像的三維重建，充分利用了多視角拍攝信息，先對攝像機進行标定，并計算出攝像機的圖像坐标系與真實世界坐标系的關系，然後利用多個二維圖像重建出三維信息。

廣義上，三維重建是指對某些三維物體或者三維場景的一種恢複和重構。重建出來的模型，方便計算機表示和處理。在實際重建過程中，三維重建是對三維空間中的物體、場景、人體等圖像描述的一種逆過程，由二維的圖像還原出三維的立體物體、場景和動态人體，因此三維重建技術是在計算機中建立表達客觀世界的虛拟現實的關鍵技術。

傳統的建模方式多采用建模軟件（例如3DMax、AutoCAD等）進行正向設計和建模。同時，對于已有物體、場景則可使用三維掃描儀通過逆向掃描重建後得到模型。基于計算機圖形學的圖像三維重建方法，因其成本低廉、真實感強、自動化程度高，在諸多場景中得到應用。

當前三維重建技術主要分成兩大技術方向：

1.基于視覺幾何的傳統三維重建

這種三維重建方法研究時間比較久遠，技術相對成熟。主要通過多視角圖像對采集數據的相機位置進行估計，再通過圖像提取特征後進行比對拼接完成二維圖像到三維模型的轉換，就像利用立體幾何中的三視圖還原立體圖一樣。

2.基于深度學習的三維重建

這種方法主要使用了深度神經網絡超級強大的學習和拟合能力，可以對RGB或RGBD等圖像進行三維重建。這種方法多為監督學習方法，對數據集依賴程度很高，通過各種神經網絡主動學習單個或多個角度的二維拍攝照片的物體特征，例如形狀扭曲、顔色變化、光感變化等，還原出物體原本的三維模型。由于數據集的收集和标注問題，目前在體積較小的物體重建方向上研究較多。

三維重建在數字城市場景下應用空間巨大。通過對實景三維重建技術的應用，可以實現城市整體、個别建築或物件的三維實物模型可視化，為城市信息管理系統及智慧城市建設提供實景三維模型平台。

（延伸閱讀作者：大連理工大學計算機科學與技術學院教授 楊鑫）

來源:學習強國