[发明专利]室内场景的功能性建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维建模，尤其涉及一种室内场景的功能性建模方法。

背景技术

在计算机中真实再现客观环境的数字化信息，可以方便地处理和分析环境信息，三维场景信息的数字化表示使得现实场景可以在不同视角下充分展现细节部分。近年来，多种三维测量设备的迅速发展也为三维场景重构提供了更多的实现手段。

传统的针对室内场景进行三维建模的方法主要有两种：一种是将场景数据获取装置，如深度摄像机、激光雷达、双目视觉相机等固定在移动机器人的某一部位，再由移动机器人在室内环境中导航完成扫描工作；另外一种是由人直接拿着扫描仪等场景数据获取装置，对待扫描的环境进行捕捉，从而生成三维环境的模型。

现有技术的主要缺点有：

（1）现有的针对室内场景进行三维建模的方法受到室内环境中相对比较杂乱、遮挡严重等因素影响，难以获取较完整的3D模型，且一般只对室内场景中物体的表面进行重建，无法对物体内部（如柜子内部）进行重建；

（2）现有的对室内场景进行三维建模的方法和技术没有实现对场景的功能性重建，现有方法的重建均丢失了场景中有意义物体的功能信息。如对于一个衣柜来说，传统建模方法只是重建了它的表面几何信息，最多给它赋予“衣柜”这一标签，却并没有告诉这个衣柜的柜门是可以打开的以及以什么样的方式打开，而衣柜柜门可以打开这是一个非常重要的功能；

因此，研发一种能重建出室内场景中物体功能性信息的方法，将此类重建出的模型提供给用户用于室内场景漫游、交互、设计等，大大提高用户与重建得到的功能性场景之间的交互体验就成了未来室内场景重建的发展方向之一。

发明内容

有鉴于此，我们提供一种室内场景的功能性建模方法，用于提升用户的交互体验。

本发明的种室内场景的功能性建模方法，通过机器人和深度摄像机进行取景和分析，包括如下步骤：(1)提取深度摄像机的位姿，融入到扩展迭代最近点（ICP）算法中，并依此对三维表面进行实时配准重建，获得室内场景三维表面重建；(2)对所述室内三维表面重建进行分割聚类，每一类都是一个点云集合，得到场景的语义分割；(3)排除墙面、屋顶和地板，提取面积大于预设阈值的点云集合；(4)判断步骤(3)中是否有垂直于地面的点云集合；(5)提取把手；(6)机器人拉开所述把手，记录打开、关闭过程及内部结构，并进行功能性标注；(7)判断步骤(3)中是否有平行于地面的点云集合；(8)进行欧几里得聚类，分割得到多个单独的物体；(9)移走单独的物体，记录被遮挡的部分，并进行功能性标注；(10)对步骤(1)、(2)、(6)、(9)进行汇总，得到室内场景的功能性模型。

优选地，在步骤(1)中，由所述机器人抓握所述深度摄像机，并提供所述深度摄像机的位姿，用以初始化所述ICP算法的初值。

优选地，在步骤(2)中，通过区域增长分割算法进行语义分割，根据平滑约束将距离小于阈值的点合并在一起，并输出一系列的点云类，每一类都是一个点云集合。

优选地，在步骤(2)中，还可以通过辅助程序进行手工交互的分割。

优选地，在步骤(5)中，结合稀疏几何结构以及表面反射性来确定把手，对垂直于地面的点云集合中的每一点选取邻域，并在邻域中计算曲率，并对于曲率上升幅度大于阈值的点就视为把手。

优选地，在步骤(7)中，对于平行于地面的点云集合的平面特征，采取随机抽样一致性（Random Sample Consensus，RANSAC）算法集。

本发明通过对室内场景进行三维表面重建、语义建模、及功能性标注，得到室内场景的功能性模型，可以打开柜门或抽屉、摆放及移走桌上物体，极大的提升了用户的交互体验。

附图说明

图1是本发明中室内场景的功能性建模方法的流程示意图。

图2是本发明中室内场景的功能性建模系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所标注的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

发明思想概述：首先通过机器人和深度摄像进行三维表面重建；第二，进行语义建模；第三，进行功能性标注；第四，综合形成的室内场景的功能性建模。具体的实施方法及系统，请分别参照实施例1与实施例2。

实施例1

请参阅图1，所示为本发明中室内场景的功能性建模方法的流程示意图。