《维快速建模》PPT课件.ppt

3D 模型 3D 模型有很广泛的应用 电脑绘图 跟踪 目标识别 我们的项目需要一个 3D素材库（比较庞大） 但是，创建 3D模型是一件很困难的事情 , 高质量的模型仍然是手工创建的 传统的创建流程 收集输入 图像 /视频 (minutes) 离线处理 (10s minutes to hours) 好模型 ? 检查模型 输出 3D模型 是 否 抛弃模型搜集新资料 生产一个模型需要很多次费时的迭代 期望的建模流程 搜集视频 局部的模型 实时输出 输出 3D模型 在视频搜集的同时立即反 馈模型的质量 根据现有的模型 选择性地搜集资料 只需要一次迭代 输出高质量 的 3D模型 离线处理 下面来说一下目前搜集到的资料 演讲的提纲（你加上） 基于 PhotoModeler软件的二维图像 建模技术应用 借助于 PhotoModeler软件，采用基于二维图像的方 法进行反求建模。 CADComputer Aided Design 利用计算机及其图形 设备帮助设计人员进行设计工作。在工程和产品设 计中，计算机可帮助设计人员担负计算、信息存储 和制图等项工作。 反求工程 Reverse Engineering,RE 指用一定的测 量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过 三维几何建模方法重构实物的 CAD模型的过程，是 一个从样品生成产品数据化信息模型，并在此基础 上进行产品设计开发及生产的全过程。 反求工程 反求工程是将数据采集设备获取的实物样 件表面或表面及内腔数据，输入专门的数 据处理软件或带有数据处理能力的三维 CAD 软件进行处理和三维重构，在计算机上复 现实物样件的几何开关，并在此基础上进 行原样复制，修改或重设计 对已有新产品进行解剖、深化和再创造， 是已有设计的设计，特别强调再创造是反 求的灵魂。 反求工程 反求工程技术的研究对象 实物类：主要是指先进产品设备的实物 本身 软件类：包括先进产品设备的图样，程 序，技术文件等 影像类：包括先进产品设备的图片，照 片或是以影像形式出现的资料 反求工程应用领域 在没有设计图纸或设计图纸不完整以及没 有 CAD模型的情况下，在对零件原型进行测 量的基础上形成零件的设计图纸或 CAD模型， 并以此为依据利用快速成型技术复制出一 个相同的零件原型。 反求工程关键技术 实物原型的数字化技术 数据点云的预处理技术 反求工程关键技术 三维重构基本方法 多项式插值法、双三次 Bspline法、 Coons法、三边 Bezier曲面法、 BP神经网络法 曲线曲面光顺 技术 最小二乘法、能量法回弹法、基于小波 的光顺技术 逆向工程的误差分析与品质分析 反求工程四个阶段 第一步：零件原形的数字化 第二步： 从测量数据中提取零件原型的几 何 特征 第三步：零件原形 CAD模型的重建 第四步：重建 CAD模型的检验与修正 反求工程中常用的测量方法 接触式测量方法 坐标测量机 层析法 非接触式 逆向工程 测量方法 基于光学三角型原理的逆向工程扫描法 基于相位偏移测量原理的莫尔条纹法 基于工业 CT断层扫描图像逆向工程法 立体视觉测量方法 反求工程技术不仅可以使产品周期缩短， 产品质量提高，还可以使产品成本降低。 就目前反求设计而言，主要方法是用三维 实体激光扫描仪对实体进行数字化处理， 优点是精度高、速度快，缺点是激光扫描 仪成本比较高，而且恢复出的是数字点云 图，模型的数据量比较大 . 采用基于二维图像的三维重构技术。 PhotoModeler软件 论文运用 PhotoModeler软件，使用照相机采集物体 的一组图像，通过对玩具实验车进行反求，来探索 基于图像的三维造型技术。 相对于传统的数据三维反求方法， PhotoModeler软 件有如下优点 :低投入以及低操作成本 ;所用设备便 于运输、移动，并且很小巧；现场作业少，电脑后 处理时间短，能够在稳定性不高的设备平台上工作； 能够扫描移动运动的物体和场景；能准确地扫描非 常小的对象；能够扫描远距离的对象；对身体无害， 不接触化学物质及有害光线；能够生成优质的照片 贴图的 3D模型。 二维反求的具体过程 相机校核 制作镜头标准格点板 相机校核 拍摄标准格点板 相机校核 相机校核 参数计算 进行 PhotoModeler软件的“校准模块”，导 入相片，软件会自动计算镜头的实际焦距、 CCD幅面等 Eg: 拍摄物体照片 导入照片，计算摄像机位置 将 9张照片导入到 PhotoModeler软件中。首 先，我们需要标定一些点来确定摄像机的 拍摄位置以及拍摄方向。 选定一张图像的特征位置标定一个点 在该点可视的另一张图像里面添加真实 模型中相应的点 点击“ quick reference selected”按钮将两 个点在空间中约束成为一个 重复 13步继续添加多个点 导入照片，计算摄像机位置 点击“ process”按钮完成两张图像的定位。 （当完成定位后图像视察中会显示“ oriented”， 如果还未定位，则应继续添加点） 重复 15步完成其他几张照片的定位 当标定完所有的点后，点击“ process”按钮， 计算机会自动校核点的位置误差，当某一点的误 差大于特定的一个值时，计算机会提示，这时应删除该点，进行重新标点。 当完成照片的，就确定了摄像机的拍摄位置和方向。 导入照片，计算摄像机位置 Eg: 数据点的获取 当相机校核完成以后，相机的 9个位置及方 向已经确定。对于一张图像上的任意一点 来说，只有其空间的深度位置是未知的。 在 PhotoModeler软件的点对应模块中，当在 一张照片中标定一个点后，在另一张照片 中将会出现一条“深度线”，辅助制作人 员确定该点的空间位置。 数据点的获取 汽车车身的重构 车身样条曲线的建立 通过前面所获取的数据点，对数据进行 曲线插值拟合，建立汽车辐射的边缘轮廓插 值拟合曲线，创建曲线主要有以下方式： 直线模式 通过一系列点生成曲线 通过曲线匹配生成空间曲线 根据插值曲线重构曲面 物体表面是通过一系列边界或者曲线来描述的。 创建曲面主要有以下几种形式 路径模式 三角形面片模式 圆锥模式 旋转模式 四边曲面模式 扫掠模式 放样模式 纹理恢复和纹理映射 模型的输出 将 PhotoModeler生成的车身模型导出 IGES格 式，导入到 UG软件中，对曲面进行局部修 改、调整，完成后续工作 基于立体相机的三维场景建模 提出一种基于立体相机的三维场景快速自动建模的方法。 首先研制一个数据获取硬件系统 立体相机 系统，通过该系统同时获取被摄物体的三幅影 像，进而建立局部模型，并利用一种整体平差 优化的方法，将所有的局部模型统一到一个坐标系下，最终建立整个场景的三维模型。 该方法具有同激光扫描相同的功效，但是成本 低。另外，由于它是基于影像的，纹理数据可 以从原始影像中提取，所以可方便快捷地建立逼真的三维场景模型。 基于立体相机的三维场景建模 数据获取硬件系统 立体相机系统 包括三个相机，中间通过连接杆固定，通过标定可 以知道每个相机的内部参数，并以中间相机为基准，求得左右两个相机相对于中间相机的外部参数。 该系统还有一个自动控制装置，可以让立体相机实 现自动旋转。利用该系统对目标场景进行拍摄，每次 可以同时获取场景局部区域的三幅影像，称为一个局 部影像组。为了实现各个局部模型的良好拼接，在拍 摄时，要保证各个局部影像组之间有一定的重叠度。 整个场景的所有局部影像组呈行列排列。该系统不仅 成本低廉，而且可以同时获取三幅影像，从而与激光扫描具有相同的功效 局部场景模型的建立 由于场景的影像数据通过数码相机拍摄得 到，具有一定的畸变，因此在模型建立之 前应首先根据标定时获取的相机参数（焦 距、像主点、畸变参数等）消除掉影像上 的畸变变形。 逼真的场景模型的建立包括两个方面：一 是获取场景准确的几何信息；二是获取逼 真的纹理信息。