真实物体的捕捉和数字化是计算机图形学和计算机视觉研究中的一类重要的基础课题,通过简便快速的方法,获取高质量的物体三维几何和反射属性在制造业、遗产保护、电影特效、增强现实等领域均有重要的研究价值和广泛的应用前景。真实物体的外观由物体的三维几何、反射属性和环境光照三者共同作用决定。已有的方法一般在假设其中两者已知的情况下,求解另外一个。一些方法利用对三维几何、反射属性,或者光照的特殊假设和限制,可以在特定的情况下求解物体的三维几何和反射属性。另外一些方法利用专用的采集设备进行几何或反射属性的采集,其采集设备复杂、采集成本高,限制了这类方法的应用。针对这一问题,本论文提出了一种基于连续视频序列的物体三维几何与表观的联合重建方案。该方案利用法向、反射属性、光照在时域序列的不同响应,提出了从视频序列中估计法向的鲁棒算法,并实现了三维几何、反射属性和环境光照的迭代求解。该方案通用性好,结果质量高,简化了几何和表观捕捉的设备和过程。本文进一步研究在仅有稀疏图像输入的情况下的物体几何与表观重建问题,并将其分解为两个子问题进行分析和求解,即已知几何求解表观与光照,以及已知光照求解几何与表观。这两个子问题是求解未知光照下的几何与表观联合重建问题的重要步骤,通过对表观增加稀疏性约束,这两个子问题均得到了解决。对于稀疏图像输入和已知几何的表观和光照的联合重建算法,本文通过分开估计光照和表观的低频分量和高频分量,精确求解出光照和物体表面反射属性,有效地避免了光照与反射属性的歧义性。对于稀疏图像输入和已知光照的几何和表观联合重建算法,本文利用支持任意反射属性的特征点匹配算法和基于单张图像的材质及法向估计算法,迭代重建出物体几何及表观。算法通用性好,进一步简化了图像捕捉过程。本文通过实验验证了在未知非可控自然光照下,联合求解几何和表观的可行性。由于不依赖主动光照或特制硬件,我们的方法可以广泛地适用于各类实际问题。我们希望,这份工作可以带动相关产业的发展,并使真实物体数字化的技术的应用更加大众化。