從 2D 空間到 3D 空間，我們對于空間的認(rèn)知也逐漸從想象走入現(xiàn)實。

上期我們了解了數(shù)字孿生中的空間重建技術(shù)，今天我們來聊聊空間重建中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——三維重建。

1、認(rèn)識三維重建

 三維重建技術(shù)，是通過圖像預(yù)測、結(jié)構(gòu)光、激光掃描測量的方法，實現(xiàn)大面積、高分辨率地快速獲取物體表面各個點的坐標(biāo)、反射率、顏色等信息，由這些大量、密集的點信息可快速復(fù)建出 1:1 的真彩色三維模型。

簡單來說，三維重建算法即將現(xiàn)實世界中的物體或場景，轉(zhuǎn)化為電腦可以理解和處理的三維模型的技術(shù)。

想象一下，你正在看一張照片，照片上有一個房子、一棵樹和一條路，但是，這張照片是平面的，你只能看到它的一個面，而三維重建算法就像是一個魔法，讓這張照片變得立體起來。

這個魔法是怎么實現(xiàn)的呢？

首先，你需要很多張照片和具體的三維數(shù)據(jù)，每張照片都從不同的角度拍攝同一個物體或場景。然后，三維重建算法會從這些照片中“學(xué)習(xí)”出這個物體的形狀和結(jié)構(gòu)。這就像是我們?nèi)祟惖难劬痛竽X，我們從不同的角度看到一個物體，就能在心里構(gòu)建出一個立體的形象。

這個“學(xué)習(xí)”的過程其實是一個數(shù)學(xué)運算，通過大量的計算和比較，找出物體在三維空間中的準(zhǔn)確位置和形狀。這個過程需要大量的計算機資源和時間，所以三維重建算法通常需要高性能的計算機和專業(yè)的軟件。

最后，當(dāng)三維重建算法完成了“學(xué)習(xí)”，它就可以生成一個真實的三維模型。這個模型可以在電腦上顯示，也可以被打印出來，成為我們觸摸到的實體。

2、理解三維重建

 從類別上來看，目前三維重建算法又可以細(xì)分為表面重建算法、體積重建算法、點云重建算法、多視角重建算法四種；

從重建對象上來看，現(xiàn)實物理世界中的人、物、空間都可以是被重建的對象；

從采集方式上來看，可分為機械式、地面移動式、地面架站式、手持移動式四種；

從采集模組上來看，可以分為圖像傳感器、激光、結(jié)構(gòu)光三種；

采集后的數(shù)據(jù)一般是圖片數(shù)據(jù)和點云數(shù)據(jù)；

從測量方式上來看，可分為以相機拍攝為主的被動視覺測量、以結(jié)構(gòu)光和激光為主的主動視覺測量以及基于深度學(xué)習(xí)算法為主的測量方式。

被動視覺測量指的是不需要特殊的照明投射裝置，僅利用相機拍攝被測物的圖像，建立被測物與相機之間的相對位置關(guān)系，從而獲取被測物表面的三維信息。

主動視覺測量指的則是需要向被測物體投射光源( 點、條紋、圖案和散斑等) ，相機拍攝包含光源的反射光或透射光的被測物體表面圖像，利用成像幾何關(guān)系所建立的數(shù)學(xué)模型解算出被測物體三維結(jié)構(gòu)信息。

基于深度學(xué)習(xí)算法的測量方法指的是直接利用深度學(xué)習(xí)算法進行三維重建，即基于海量數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)方法，實現(xiàn)從二維圖像數(shù)據(jù)預(yù)測出三維點云數(shù)據(jù)。

綜上，根據(jù)不同的采集方式和測量方式，三維重建就可以分為以下三種類型：

1、基于被動視覺的三維重建，即僅使用二維圖像，根據(jù)圖像的紋理分布等信息恢復(fù)深度信息，進而實現(xiàn)三維重建。

2、基于主動視覺的結(jié)構(gòu)光三維重建和激光三維重建，利用投影儀將光柵投影到物體表面，通過相機拍攝光柵在物體表面的變形，從而獲取物體的三維信息。

3、基于深度學(xué)習(xí)的三維重建：利用深度學(xué)習(xí)算法對二維圖像進行處理，從中提取出三維結(jié)構(gòu)信息，進而重建出物體的三維模型。

那么，三維重建究竟要如何實現(xiàn)呢？

3、成為三維重建的實踐者

 眾趣科技作為在三維重建領(lǐng)域的佼佼者，對三維重建有著自己的思考和探索。

其一，在算法層面，眾趣科技依托深厚的計算機視覺和深度學(xué)習(xí)的算法積累對三維重建算法進行持續(xù)優(yōu)化，通過改進模型結(jié)構(gòu)、優(yōu)化計算過程、減少參數(shù)量等方式，在保證準(zhǔn)確性的同時具備更好的實時性能和更低的計算資源消耗。

其二，在實際應(yīng)用場景方面，從數(shù)據(jù)采集、處理到三維模型生成，實現(xiàn)全流程自動化。自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及處理軟件可對各類數(shù)據(jù)進行高效處理，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

那么，眾趣科技的三維重建分幾步？

首先是數(shù)據(jù)采集，通過 3D 掃描相機/3D 激光掃描儀/AI 三維相機等設(shè)備，通過測量物體表面點到激光束或結(jié)構(gòu)光的光束，采集物體的深度結(jié)構(gòu)信息。

其次，點云生成。將采集的數(shù)據(jù)通過高效的點云生成算法，將深度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維點云數(shù)據(jù)，包括每個點的 X、Y、Z 坐標(biāo)和反射率等信息。

第三，位姿計算。基于圖像的的位姿估計算法，通過比對不同視角的圖像，計算相機的位置和姿態(tài)，得到精確的三維模型。

第四，點云融合。通過眾趣科技的點云融合算法，將多個點云數(shù)據(jù)對齊、配準(zhǔn)和融合，得到一個完整的三維模型。

第五，為三維模型上色，即紋理映射，基于圖像的紋理貼圖算法，將高分辨率的紋理圖像映射到三維模型的表面，提高模型的細(xì)節(jié)和逼真度。

最后一步，將三維模型以可視化方式呈現(xiàn)給用戶，通過云端渲染算法，將三維模型呈現(xiàn)到電腦或手機屏幕上，以便用戶進行觀察和分析。

在此基礎(chǔ)上，眾趣科技還自研了一體化的云服務(wù) SaaS 平臺，通過 SaaS 平臺開放能力完成個性化交互設(shè)計與集成，滿足用戶對模型的個性化設(shè)計需求。

截止目前，眾趣科技的服務(wù)已覆蓋全國超過 30 個省和自治區(qū)，為各地政府機構(gòu)和數(shù)千家知名公司提供空間數(shù)字化服務(wù)，完成數(shù)百萬套空間數(shù)字化的克隆重建，積累超過 5 億平方米的三維數(shù)字空間數(shù)據(jù)。

下期，我們將圍繞數(shù)字孿生與 AI 的實際應(yīng)用展開。