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

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(shí)三維重建

 三維重建技術(shù)，是通過圖像預(yù)測(cè)、結(jié)構(gòu)光、激光掃描測(cè)量的方法，實(shí)現(xiàn)大面積、高分辨率地快速獲取物體表面各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)、反射率、顏色等信息，由這些大量、密集的點(diǎn)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(shí)世界中的物體或場(chǎng)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(gè)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(gè)面，而三維重建算法就像是一個(gè)魔法，讓這張照片變得立體起來。

這個(gè)魔法是怎么實(shí)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(gè)物體或場(chǎng)景。然后，三維重建算法會(huì)從這些照片中“學(xué)習(xí)”出這個(gè)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(gè)物體，就能在心里構(gòu)建出一個(gè)立體的形象。

這個(gè)“學(xué)習(xí)”的過程其實(shí)是一個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算，通過大量的計(jì)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(gè)過程需要大量的計(jì)算機(jī)資源和時(shí)間，所以三維重建算法通常需要高性能的計(jì)算機(jī)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(gè)真實(shí)的三維模型。這個(gè)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(shí)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(diǎn)云重建算法、多視角重建算法四種；

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

從采集方式上來看，可分為機(jī)械式、地面移動(dòng)式、地面架站式、手持移動(dòng)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(diǎn)云數(shù)據(jù)；

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

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

主動(dòng)視覺測(cè)量指的則是需要向被測(cè)物體投射光源( 點(diǎn)、條紋、圖案和散斑等) ，相機(jī)拍攝包含光源的反射光或透射光的被測(cè)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(cè)物體三維結(jié)構(gòu)信息。

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

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

1、基于被動(dòng)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)三維重建。

2、基于主動(dòng)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(jī)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(duì)二維圖像進(jìn)行處理，從中提取出三維結(jié)構(gòu)信息，進(jìn)而重建出物體的三維模型。

那么，三維重建究竟要如何實(shí)現(xiàn)呢？

3、成為三維重建的實(shí)踐者

 眾趣科技作為在三維重建領(lǐng)域的佼佼者，對(duì)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(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)的算法積累對(duì)三維重建算法進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，通過改進(jìn)模型結(jié)構(gòu)、優(yōu)化計(jì)算過程、減少參數(shù)量等方式，在保證準(zhǔn)確性的同時(shí)具備更好的實(shí)時(shí)性能和更低的計(jì)算資源消耗。

其二，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景方面，從數(shù)據(jù)采集、處理到三維模型生成，實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化。自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及處理軟件可對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)/3D 激光掃描儀/AI 三維相機(jī)等設(shè)備，通過測(cè)量物體表面點(diǎn)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(diǎn)云生成。將采集的數(shù)據(jù)通過高效的點(diǎn)云生成算法，將深度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包括每個(gè)點(diǎn)的 X、Y、Z 坐標(biāo)和反射率等信息。

第三，位姿計(jì)算?；趫D像的的位姿估計(jì)算法，通過比對(duì)不同視角的圖像，計(jì)算相機(jī)的位置和姿態(tài)，得到精確的三維模型。

第四，點(diǎn)云融合。通過眾趣科技的點(diǎn)云融合算法，將多個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)齊、配準(zhǔn)和融合，得到一個(gè)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(jī)屏幕上，以便用戶進(jìn)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(tái)，通過 SaaS 平臺(tái)開放能力完成個(gè)性化交互設(shè)計(jì)與集成，滿足用戶對(duì)模型的個(gè)性化設(shè)計(jì)需求。

截止目前，眾趣科技的服務(wù)已覆蓋全國超過 30 個(gè)省和自治區(qū)，為各地政府機(jī)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(shí)際應(yīng)用展開。