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东北大学秦皇岛分校电子信息系毕业设计（论文）开题报告论文题目基于建筑平面图的3D重建算法研究系 别电子信息系专业名称电子信息工程班级学号5081510学生姓名潘云阳指导教师苗立刚时间：2011年8月22日东北大学秦皇岛分校电子信息系毕业设计（论文）开题报告毕业设计题目基于建筑平面图的3D重建算法研究学生姓名潘云阳班级学号5081510指导教师苗立刚毕业设计（论文）的选题依据、背景和意义从三维重建的应用前景上来说，三维重建具有明显的现实意义，主要体现在以下几个方面：（1） 将建筑图纸转化为立体的三维模型在传统的设计模式中，图纸在工程生产和日常的生活中占有重要的地位，但是随着计算机辅助设计和计算机图形学技术的发展，众多学者致力于将二维视图转化为三维模型的三维重建研究，让三维立体模型取代二维图纸，满足更多用户和设计者的视觉要求和现实需求。（2）数据输入方式充分利用二维视图的优势。三视图是工程技术人员最熟悉的也是应用最为广泛的二维视图，“勾画三视图就能获得三维模型”的三维造型新方式，更接近于理想，更方便。在传统的制造系统中，二维三视图是工程界也是建筑界的共同语言。二维三视图借助投影原理表达空间三维形体，它在机械、建筑等许多行业，都得到了广泛的应用，因为二维三视图有其独特的优点：首先是视图能真实地反映物体在某个方向的几何形状；其二是绘制容易，同时便于标注出各种相关的技术支持；其三是当把多个视图相结合时，能唯一地表示出一个实体。另外在早期的二维计算机辅助设计系统的应用阶段和现阶段，产生了大量的用二维图形文件，用手工实时输图的方法建立其三维模型将是十分繁琐的三维重建。这种从二维到三维的非实时输入方法正好可以利用它们重建三维模型，延伸了实体建模的源头。若能够充分利用以往的图纸设计，自动地将已有的二维工程图转换为三维实体模型，则能够安全地保证制造实施的可行性，从而降低开发风险，提高施工和生产的成功率。（3）一种有效的新的建模方法。三维重建是指建立适合计算机表示和处理的三维物体数学模型，在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础，并在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实关键技术。基于二维视图的三维重建方法的研究旨在找到一种由二维视图自动建立三维立体几何模型的方法，该方法力求重建效率高，重建速度快，自动化程度高且可靠，有效性好，并且要求用该方法建立的模型有利于后继研究工作的进行。该研究不仅具有实际的应用价值，而且在理论上为由二维视图重建三维实体的技术提供一种新的方法和思路，虽然这里主要是针对建筑领域的三维重建研究，但是其方法同样适用于工程产品设计的其他相关领域。如在虚拟现实技术、计算机集成制造系统(Computer-Integrated Manufacturing System)、计算机视觉学等领域中都有重要的应用，因此，该研究具有重要的实用价值。毕业设计（论文）的主要内容和设计要求1）在介绍三维重建的背景的前提下，介绍三维重建的几种典型算法，分析它们的优点和不足，以及三维重建的未来发展趋势，总结本文研究三维重建的重要意义和研究目的。2）介绍三维重建的基础理论知识，关于三维重建的数据源也就是视图投影的基本知识，视图是如何形成的以如何进行视图投影；关于三维形体是如何构成的，三维重建的基本原理和存在的问题，并简单介绍了三维重建的开发工具3）对三维重建的数据文件进行分析研究，介绍 DXF 文件的组成及其结构分析以及如何建立有效的数据结构保存从 DXF 文件中得到的数据，建立读取DXF 文件的接口程序。4）通过对三维重建的数据处理的过程，首先阐述数据预处理存在的问题，然后讲述处理过程，分析传统视图分离方法的优缺点，在此基础上提出扫描线视图分离方法进行视图的分离，提高预处理过程的效率。然后对数据进行坐标转换，得到空间投影坐标。在三维实体的数据结构的基础上，分析其特点，根据需求建立有利于三维重建的三视图数据结构。并对三维重建的数据进行特征点匹配，得到对三维重建有用的三维特征点。5）通过对构造三维模型的概述，在已有的自底向上的三维实体重建方法的基础上，提出基于面切割的建立三维模型的方法，减少重建过程中的冗余解。描述三维重建的系统框架和主要结构，并简单介绍本文所用的真实感渲染技术，最终得出简单平面体的三维实体模型。6）总结和展望。总结研究成果和创新点以及不足之处，对未来的三维重建的研究进行展望。毕业论文（设计）完成的成果形式及预期成果1、完成论文，系统介绍基于DXF文件格式的二维建筑图3D重建的理论方法，并提出改进建议2、完成软件制作，要求软件能把简单的二维建筑图转变为三维建筑图毕业论文（设计）的进度安排与阶段性成果工作内容完成时间段预计阶段性成果调研、查阅资料2011.07.2508.07了解所研究的问题，确定研究内容理论设计2011.08.808.31理解所研究的问题，提出改进的方法实验研究2011.09.0109.25验证提出的改进方法的正确性，并用软件仿真编写论文提纲2011.9.2610.02确定论文框架撰写论文初稿2011.10.0310.223完成初稿论文完善、修订及预答辩2010.12.0512.25修改格式，基本确定论文完成论文终稿2012.05.1406.15完成论文制作幻灯片及准备答辩2012.06.1606.20准备好答辩参考文献综述1）三维重建算法由于三维造型技术在不同阶段的发展，现有的三维重建算法主要分为两大类，一类是基于线框模型、表面模型和 B-rep（Boundary/Representation，即边界表示模型法）模型的自底向上方法，另一类则是基于 CSG（constmctive Solid Geometry，构造模型立体几何）模型和特征模型的模型引导方法。其中最热门也最有代表性的算法就是基于自底向上的重建算法、基于模型引导的重建算法、基于体切削的重建算法、自顶向下的重建方法和基于专家系统的重建算法这 5 种2）数据来源 三维重建的对象来源一般有两种：一种是在AutoCAD环境下绘制一定的大小比例的工程视图；另一种就是对原始的工程图纸通过仪器扫描，获得灰度图像，这时需要对灰度图像做进一步的处理，以改善图像的质量，例如平滑、去毛刺、去噪声等。本毕业设计的三维重建研究对象是在AutoCAD环境下绘制的真实比例的DXF格式的二维三视图。 由AutoCAD生成的文件有dwg、dws、dwt和dxf等多种格式，其中最常用的是dwg和dxf格式。DWG（Drawing的缩写）格式是AutoCAD生成的矢量图形文件格式，它通常是用二进制形式存储的。而DXF（Drawing Exchange Format的缩写）也是AutoCAD的图形文件格式，它有ASCII码和二进制表示两种形式，主要以ASCII码的形式存储图形，平时所说的DXF文件就是指ASCII DXF文件。它能够更精确地表现图形的大小，因此可用于CorelDraw等大型软件的调用或者编辑。1 王春莉，梁立波等. 计算机三维重建技术发展与应用J. 沈阳大学学报，2003，15(2):25-30.2 王祎，谢步瀛. 二维建筑结构图的三维模型重建J. 工程图学学报，2006，2(2): 79-83.3 胡茄，杨若瑜，曹阳，等. 基于图形理解的建筑结构三维重建技术J. 软件学报，2002，l3(9): l873一l880.4 陆国栋，彭群生. 三维重建新方法及新技术研究J. 高技术通讯，2001，11(3): 58-61.5 Gu Kaining, Tang Zesheng. Reconstruction of 3D solid objects from orthographicprojectionsJ. Computer Graphics Forum. 1986, 23(5): 324-432.6