3D物體形狀重建是近年來熱門的話題，影視制作、先進制造、智慧城市、無人駕駛等許多方面，都離不開它。說起3D物體形狀重建，人們可能首先想到了先進的激光掃描儀。令人驚奇的是，山東大學計算機科學與技術學院院長陳寶權教授率領北京電影學院未來影像高精尖創新中心和山東大學研究團隊，聯合以色列、加拿大的研究人員，提出了一種新穎的3D物體形狀重建法，將液體（水）作為獲取物體形狀的介質，巧妙地把3D形狀獲取轉化為體積問題，類似用水對物體做CT。記者楊紫慧

    “水CT”的性價比更高

    陳寶權教授告訴記者，他們的3D物體形狀重建法借鑒了CT掃描的原理。不過，CT 設備體積龐大，而且只能在特定的環境中使用，成本也很高。相比之下，研究人員提出的浸入轉換法以較低的計算成本生成完整的形狀，性價比高，而且應用范圍更廣。

    “只要是能浸入水槽的物體，不論多大，都能進行重建。”陳寶權教授介紹道。此外，浸入轉換裝置搭建起來也很簡單。

    不過，他們必須解決新的難題。最大的難點在于兩個方面，一是軟件上，如何從多個局部信息重建完整信息；一是硬件上，針對物體的浸入水中，如何連續精確測量容器里水體積的變化。

    光“看不到”的，水能“看到”

    這項研究最大的突破就在于能夠方便地測量物體看不見的部分，陳寶權教授在接受采訪時說。傳統3D掃描和形狀建模方法基于光學設備，最常見的是使用激光掃描儀和攝像頭對物體表面進行掃描。但是，這樣做有一定的局限，比如光線照不到的地方無法取樣，縫隙、微小突起等結構取樣不完整，還有透明等特殊的材料難以處理。

    為了解決這些問題，研究人員將液體作為獲取物體形狀的介質，將物體浸入水中，測量物體的排水量，然后利用這種體積上的信息重建物體的表面形狀。這時，使用液體（水）的優勢就體現了出來，水能很好地貼合復雜的表面，還能滲透到空腔里，計算排水量也不需要考慮光線的折射率和偏振等問題，輕松繞過了光學設備面臨的種種限制。

    從理論上講技術已完全成熟

    實驗中，研究人員制作了一套簡便的“3D 浸入裝置”——用機械臂夾住物體，將物體浸入水槽，然后測量水位上升變化的曲線，得出沿當前角度浸入水中的物體的橫截面。這樣，通過多次將物體以不同角度浸入水中，研究人員就能得出物體多個橫截面的信息，進而精確地計算出物體的幾何形狀，包括平時激光掃描儀很難捕捉到的部分。

    那么，浸入變換距離大規模應用在現實生活中還有多遠呢？從理論上講，技術已然完全成熟，關鍵是針對具體應用中的物體大小和精度需求開發相應的裝置，來達到最好的性價比。