中文摘要：

本项目研究利用灰度图像的明暗度重构自由曲面（Shape From Shading，SFS）的一种新方法。该方法将图像中的每个像素视为具有决策能力的生命单元，以灰度图像为模板，在此模板引导下，模仿生物群体的自组织行为，实现自由曲面的三维重构。研究曲面的一般反射（包含漫反射和镜面反射）模型的表示和测定方法，并研制测定仪器；研究自由曲面自组织光顺的方法。本研究将为"反求工程"中的实物反求提供一条新的途径，为影像反求作实践探索，具有重要的理论价值。该方法进一步完善后，不仅能实现由灰度图像自组织生成自由曲面的形状，还可由人像照片生成三维头像或胸像，实现立体照相；由骨骼图像重构骨骼形状，为人造骨骼提供三维模型；由航拍照片恢复地球或月球表面的地形地貌等；因此，该方法能广泛地应用于反求工程、艺术、医疗和太空探测等多种领域，具有广阔的应用前景。

结论摘要：

本项目提出了一种利用灰度图像的明暗度重构自由曲面（Shape From Shading，SFS）的新方法。该方法将图像中的每个像素视为具有决策能力的生命单元，以灰度图像为目标模板，在此模板引导下，模仿生物群体的自组织行为，实现自由曲面的三维重构。研究了自组织SFS系统的工作机理，提出了基于元胞自动机原理的三角片化SFS方法、曲面模型自组织生成中的"两步法"和基于法线调整的微观几何模型生成方法；研究了曲面的一般反射（包含漫反射和镜面反射）模型的表示和反射特性测定方法，研制了反射特性测定装置，研究了漫反射和镜面反射成份分离算法，实现了基于一般反射模型和自组织原理的自由曲面重构；并研究了自由曲面自组织光顺方法。本项目研究为"反求工程"中实物反求提供一条新途径，为影像反求作实践探索，具有重要的理论价值。该方法进一步完善后，不仅能实现由灰度图像自组织生成自由曲面的形状，还可用于由人像照片生成三维头像，实现立体照相；由骨骼图像重构骨骼形状，为人造骨骼提供三维模型。因此，该方法能广泛应用于反求工程、艺术、医疗等多种领域，具有广阔的应用前景。