Menetelmiä kuvapohjaiseen 3-D mallinnukseen käyttäen väri- ja syvyyskameroita

Tässä väitöskirjassa on kehitetty menetelmiä kolmiulotteisten mallien luomiseen digitaalisista valo- ja syvyyskuvista sekä menetelmä mallien laadun arviointiin. Näkymän kolmiulotteinen mallinnus valokuvista on yksi tietokonenäön keskeisistä tutkimusongelmista. Tässä työssä esitellään menetelmä, jossa mallintaminen perustuu kuvien välisiin vastinpisteisiin.

Menetelmä lähtee liikkeelle harvakseltaan paikannetuista vastinpisteistä, jotka laajennetaan vaiheittain tiheiksi vastinalueiksi. Laajentamisessa arvioidaan vastinpisteiden laatua ja laajennetaan aina paras piste ensin. Jokainen vastinpiste tuottaa lopulta yhden pisteen rakennettavaan malliin. Suoritetut kokeet osoittivat, että kehitetty menetelmä tuottaa vähintään yhtä hyviä tuloksia huomattavasti nopeammin kuin vastaavat menetelmät, jotka eivät huomioi vastinpisteiden laatua. Pelkästään valokuvia hyödyntävän mallinnuksen etuja ovat laaja mallinnuskohteiden kirjo sekä edullinen laitteisto eli kamera, joka lähes jokaiselta jo löytyy älypuhelimesta.

Valokuvapohjaiselle mallinnukselle haasteellisia mallinnettavia ovat tasaväriset pinnat, joita esiintyy paljon esimerkiksi rakennusten sisätiloissa. Toinen väitöstutkimuksen keskeinen tulos onkin menetelmä, joka käyttää mallintamisessa erityistä syvyyskameraa. Syvyyskameran tuottama digitaalinen syvyyskuva sisältää kamerassa näkyvien kohteiden etäisyyksiä kamerasta. Yksittäisestä syvyyskuvasta voidaan tuottaa kolmiulotteinen malli, joka esittää näkymän yhdeltä sivulta. Ratkaistavaksi tällöin jää miten yhdistetään useita syvyyskuvista tuotettuja malleja yhdeksi niin, että lopullinen malli ei sisällä turhaa päällekkäisyyttä.

Tässä työssä esitellään menetelmä, jossa lopulliseen malliin liitettävän syvyyskuvan pisteet joko lisätään sellaisenaan malliin tai käytetään hienosäätämään mahdollisen mallista jo löytyvän päällekkäisen pisteen paikkaa. Mallinnusmenetelmien sekä virtuaali- ja lisätyn todellisuuden sovellusten siirtyessä tehokkailta tietokoneilta älypuhelimiin ja muihin kannettaviin laitteisiin, täytyy mallinnuksessa ottaa entistä enemmän huomioon mallin esittämisen vaatimien laskentaresurssien määrä. Mallin tulisi olla vähän laskentaresursseja vaativa, mutta silti suhteellisen tarkka ja realistinen. Väitöstutkimuksen kolmas tulos on menetelmä, joka mahdollistaa mallin tarkkuuden ja sen vaatimien laskentaresurssien samanaikaisen arvioinnin toisin kuin muut vastaavat menetelmät, jotka keskittyvät tarkkuuden ja kattavuuden arvioimiseen.