● 摘要
基于图像的三维建模是虚拟现实、计算机图形学、计算机视觉、增强现实等领域及其交叉方向的研究热点，在设计制造、文化娱乐、电子商务、公共安全等行业具有重要的应用价值。
本论文重点围绕图像人体及服装等内容的三维建模，调研分析了相关国内外研究现状及其发展趋势，主要针对关键问题“在单幅输入图像及单幅参考图像的有限条件下，如何结合图像内容的轮廓和明暗等特征、及其有关几何先验，快速构建单幅图像人体及服装的三维模型”，深入开展了单幅图像人体及服装的三维建模与内容编辑方法研究。本论文主要创新点如下。
1、提出并实现了单幅图像人体服装的三维模型构建方法。该方法利用无着装人体三维变形模板，估计出图像人体的无着装三维模型；以无着装人体三维模型为指导，构建出图像服装区域的有向面，解析图像服装的二维轮廓，生成服装三维模型的初始几何结构；结合图像人体的无着装三维模型表面几何信息，利用变形算法，生成粗略的服装三维模型。在此基础上，利用本征图像分解算法，提取出单幅图像的明暗图，利用明暗恢复形状算法，估计出单幅图像服装的三维细节；通过带权重的拉普拉斯编辑算法，将估计出的服装三维细节，迁移到粗略服装三维模型，生成具有三维细节的服装模型。该方法仅需单幅输入图像，即可构建出图像人体服装的三维模型，并较好地保持了褶皱、皱纹等表面细节。
2、提出并实现了基于变形组合的单幅图像人体着装三维模型构建方法。该方法建立人体及着装三维模型的训练样本集，利用主成分分析算法，统计学习出训练样本的三种（姿势、体型、服装）变形映射函数，构建出参数化的人体着装三维变形模板；定义服装区域及其交界线，拓展人体着装三维变形模板的参数，根据交界线的位置属性变化，利用三维变形算法，对模板的服装区域进行变形处理，并且对模板的多个服装区域进行组合，形成人体着装的三维变形模板组合体。在此基础上，根据单幅图像人体及服装的轮廓、人体姿势估计结果，利用匹配变形算法，通过迭代优化，估计出人体着装三维变形模板及其组合体的参数值；根据参数值进行人体着装三维模型的变形处理，生成单幅图像人体的着装三维模型。类似的，该方法仅需单幅输入图像，即可估计出输入图像人体的着装三维模型。
3、给出并实现了三维模型驱动的单幅图像人体及服装内容编辑方法，主要包括：（1）给出并实现了无着装三维模型驱动的单幅图像人体姿势编辑算法，针对输入的单幅图像，参考模型库的一个人体三维姿势，利用无着装人体三维变形模板，结合刚性保持的图像变形算法，在输入图像上变形合成出与参考三维姿势近似的图像人体。（2）给出并实现了着装三维模型驱动的单幅图像人体服装迁移算法，仅需一幅输入图像和一幅参考图像，利用无着装人体三维变形模板、以及上述创新点1，以及仿射保持的变形迁移算法，即可将参考图像人体对应的着装三维模型，迁移到输入图像人体对应的无着装三维模型，编辑生成与参考图像人体着装三维模型类似的三维着装效果。（3）期间，设计并实现了一种单幅图像场景空洞填补算法。该算法检测空洞区域周围的显著结构，引入欧拉螺线原理，恢复出空洞区域的结构线，并利用信任传播算法，填补恢复出结构线上的纹理；在此基础上，利用多尺度全局采样算法，融合生成空洞区域缺失图像信息。该方法探索了以三维模型为驱动的图像场景内容编辑技术途径。