三维模型重建中影像纹理重组织方法研究

第30卷第2期2005年2月武汉大学学报?信息科学版

G eomatics and Information Science of Wuhan University Vol.30No.2Feb.2005

收稿日期:2005201205。

项目来源:国家自然科学基金资助项目(40301041)。

文章编号:167128860(2005)022*******文献标志码:A

三维模型重建中影像纹理重组织方法研究

张剑清1　贺少军1　苏国中1

(1　武汉大学遥感信息工程学院,武汉市珞喻路129号,430079)

摘　要:针对物体三维重建中影像文件多、纹理数据量大这一问题,提出了影像纹理数据重组织的数学模型和一个纹理重组织解决方案,根据这一方案对两组飞机模型的纹理进行了处理。试验结果表明,该方法能够有效地减少纹理数据量。关键词:可视化;纹理;重组织中图法分类号:P231.5

数字摄影测量、计算机视觉、虚拟现实等技术

领域都需要对目标进行三维显示,纹理映射是三维显示的基本步骤之一。当前,用户只需要向Open G L 或者Direct X 提供物体的三维坐标以及与三维坐标点对应的影像纹理坐标,就可以直接进行纹理映射。为了达到测量的要求,通常需对目标拍摄大量的影像以构成足够的立体像对。但是在纹理映射时,大量影像又会导致数据的严重冗余,其主要原因是Open G L 或者Direct X 的纹理映射机制。Open G L 或者Direct X 需要先装载影像文件,然后根据用户提供的物体三维坐标以及与三维坐标点对应的影像纹理坐标进行纹理映射。因此,只要某幅影像中有纹理被用于映射,不论最终在三维显示中用到该影像的多少纹理区域,该影像在映射之前都将被整幅地读入内存,由此,内存中产生了大量不会被用到的冗余纹理。为了减少内存中的冗余纹理,本文针对Open G L 或者Direct X 的纹理映射机制提出了一种有效纹理区域重组织方法。

1　可视化的纹理数据组织方式

目标的三维重建完成之后,模型点的三维坐标就与模型点的纹理坐标建立了对应关系。通过某幅影像上所有模型点的纹理坐标可以确定该影像纹理坐标区域的外接矩形,该外接矩形区域称

为有效纹理区域。大部分影像的有效纹理区域只占影像的某一部分,有效纹理区域以外的部分都可以当作冗余纹理。对有效纹理区域进行重新组织,将这些纹理区域集中存储,去掉冗余纹理,将减少影像数据量。

所有影像的有效纹理区域重组织方式有分块连续存储和分块整体存储两种。两种组织方式如图1所示,显然,第一种组织方式比第二种更简单有效。但是,利用Open G L 或者Direct X 进行纹理映射,都以一个三角形或者矩形区域作为映射单元,即用户需要提供三维模型中每个面片(TIN 中的三角形或者规则格网中的矩形)顶点对应的影像坐标(u i ,v i )和模型坐标(x i ,y i ,z i ),然后,Open G L 或者Direct X 再根据顶点确定的区域进

行纹理填充。第一种方式已经破坏了映射单元(三角形或者矩形区域)的结构关系。虽然顶点坐标可以对应到重组织影像,面元却无法正确对应。第二种方式组织方法复杂,但是能够在重组织影像上保持原始映射单元的结构关系。

因此,如何根据Open G L 或者Direct X 的映射机制,将涉及到的不同长宽的有效区域按照图1(c )的方式最有效地组织到一起,将不同影像的有效纹理区域综合起来,用少量的有效纹理影像替代众多的原始影像是本文研究并解决的问题。

武汉大学学报?信息科学版2005年2

月

图1　两种重组织方式

Fig.1　Two Different Ways of Reorganization

2　纹理重组织问题的数学模型及算

法

有效纹理区域的重新优化组合与数学的背

包问题(knap sack problem )的0/1版本[1]非常相似。但是纹理区域重新组合优化问题比0/1背包问题更为复杂,每一个有效纹理矩形区域对应一个背包,每个矩形背包除了受面积的限制外,还受矩形长宽的限制。有效纹理区域的最优排列,从数学计算复杂性理论看,它属于最高计算复杂性问题———N P 完全问题。即在一般情况下,在人们可接受的时间内也不可能求出这类问题的最优解[2]。本文利用自底向上的贪婪算法,给出纹理区域重新组合优化问题的一个次优解。贪婪算法的特点是将最优化问题分步完成,每一步以当前情况为基础,根据某个优化测度作最优选择。虽然全局解不一定最优,但贪婪算法是对某些复杂的最优化问题的一种简单而迅速的解决方法。利用贪婪算法进行影像重组织的基本思想是:将重组织问题分步完成,每一步都选择能够填充的最优块进行填充,直到完成所有有效区域的填充。

解决该重组织问题的自底向上的贪婪算法描述如下。令所有n 幅原始影像上的有效区域集合为W (r 1,r 2,…,r n ),影像重组织之后的存储区域为R (R 是一个矩形,r 1、r 2、…、r n 代表各幅影像上

的有效区域,且R 的面积大于r i 的面积)。W 是按照r i (i =1,2,…,n )中每一个区域宽和高中较大的元素作为排序条件进行排列的结果,即max (w r i ,h r i )≥max (w r i +1,h r i +1)(w r i 、h r i 代表r i 的宽和高,max (w r i ,h r i )表示w r i 、h r i 较大的值)。然后按以下步骤进行有效区域重新组织。

1)在W 中寻找能够填充进R 的排在最前面

的一块区域r j 填充入R 中,并将r j 从W 中去除。

填充原则为:填充后,r j 的左上角坐标与R 的左上角坐标重合,以后各步骤均遵循该填充原则,如图2(a )。

2)根据r j 中较长的且不与R 的边界重合的边所在的延长直线,将R 中未填充部分分成两块R 1和R 2,如图2(b )。

3)在剩下的r i 中寻找能够填充到R 1中排序最靠前的一块有效区域r ′j 填充到R 1中,并根据步骤2)对R 1进行再分块、再填充,直到R 1中没有可

以填充的有效区域,如图2(c )。

图2　填充示意图

Fig.2　Filling Process

4)对R 2采取与步骤2)和步骤3)相同的方法进行填充,直到没有可以填充入R 2的有效区域,如图2(d )。

5)区域R 填充完毕后,检查W 中是否还有未填充的有效区域。如果没有,则填充完毕,算法结束;否则开辟新的区域R ,重复步骤1)～步骤4

),直到填充完毕。

整个重组织过程实际上是一个递归的过程。算法的流程如图3所示。

图3　算法流程

Fig.3　Flow of Operation

在实际的运算过程中,为每一块有效区域设

计一个结构体,这个结构体中包括有效区域所在的原始影像名、重组织之后所在的影像名、原始影像上的有效区域的坐标范围和重组织之后有效区

6

11

　第30卷第2期张剑清等:三维模型重建中影像纹理重组织方法研究

域的坐标范围。填充完毕之后,通过原始影像上的坐标范围和重组织之后的坐标范围,可以计算出模型点在重组织影像上的纹理坐标。某点的纹理归一化坐标(Open G L 或者Direct X 需要用户提供归一化坐标)计算公式为:

u ′=u ×w +d x w ′,v ′=

v ×h +d y h ′

d x =x ′l -x l ,d y =y ′t -y t

(1)式中,(u ′,v ′

)、(u ,v )分别是重组织影像和原始影像的归一化纹理坐标;(x ′l ,y ′t )、(x l ,y t )分别是该点所属有效区域在重组织影像和原始影像上的左

上角像素坐标;(w ′,h ′

)、(w ,h )分别是重组织影像和原始影像的宽度和高度。

利用重组织影像进行三维模型纹理映射,只需将重组织影像读入内存,向Open G L 或者Di 2rect X 提供模型点的三维坐标和重组织影像的纹

理坐标,根据重组织影像进行纹理映射。此时,模型点三维坐标无变化,归一化纹理坐标根据式(1)求得。显示时,由于只有纹理坐标值发生变化,模型点与纹理的对应关系没有变化,所以三维模型显示也没有变化

。

3　试　验

为了验证本文提出方法的效果,对两组不同飞机建模的数据进行了试验。两组试验都采用真彩色影像进行纹理映射,原始影像的大小为512像素×512像素,每幅影像数据量是0.75Mb ;纹理重新组织后影像的大小为1024像素×1024像素,每幅影像数据量是3Mb 。试验结果如表1所示。

表1　两组纹理数据的重组织试验结果

T ab.1　Experimental Results of T wo Sets of T exture Data 原始影像数/幅重组织后的影像数/幅原始总数据量/Mb

重组织后总数据量/Mb 数据量减

少百分比

140330.009.0070%2

157

12

117.75

36.00

69%

从表1可以看出,两次试验中,纹理影像的数据量分别减少了70%和69%,证明了本文方法在减少三维模型纹理数据上的有效性。图4显示了其中一组数据的试验结果。

图4　试验结果

Fig.4　Experimental Results

试验证明,该纹理重组织方法成功减少了纹

理映射时的数据量。此外,重组织后的纹理影像去掉了影像上的非模型信息(如地面、背景等),能够更集中地锁定目标。虽然重组织以后的一幅影像不再具有连续性,但由于各个有效纹理区域的整体结构关系没有变化,因而各有效区域纹理坐标的真实空间结构关系得到保存,所以重组织之后的纹理映射仍然能够仿真重建的目标。

参　考　文　献

1　余祥宣,崔国华,邹海明.计算机算法基础(第二版).

武汉:华中科技大学出版社,2000

2　曹　炬,周　济,余　俊.矩形件排样优化的背包算

法.中国机械工程,1994,5(2):11～12

3　Ford W ,Topp W.Data Structures with C ++Using

STL.陈　君译.北京:清华大学出版社,20034　王小平,曹立名.遗传算法———理论、应用与软件实

现.西安:西安交通大学出版社,2002

第一作者简介:张剑清,教授,博士生导师。现主要从事摄影测量与遥感、计算机视觉的研究。代表成果:摄影测量技术改造;Vir 2

tuoZo 数字摄影测量系统等。已发表论文100余篇,出版专著

《数字摄影测量学》。

E 2mail :J qzhang @https://www.wendangku.net/doc/ec3050177.html,

(下转第186页)

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武汉大学学报?信息科学版2005年2月681

Interoperability and Integration Frame w ork of G eospatial

Information Atomic Services on the G rid

W A N G Fang x iong1　B I A N Fuli ng1

(1　Research Center of S patial Information and Digital Engineering,Wuhan University,129Luoyu Road,Wuhan430079,China) Abstract:A new concept of geospatial information atomic service is proposed for dist ributed geospatial information service(GIService).The interoperability model and interoperability layered st ruct ure of t he atomic services are presented.Subsequently t he integration frame2 work of atomic services is p ut forward,which includes service classification f ramework, service chaining patterns and service integrating model composed of atomic services,mole2 cule services,p rocess services and solutio n services.

K ey w ords:grid service;geospatial information atomic service;interoperability;services in2 tegration f ramework;geo spatial information service

About the f irst author:WANG Fangxiong,Ph.D candidate,majors in WebGIS and geospatial in formation grid.

E2mail:wfxwhu@https://www.wendangku.net/doc/ec3050177.html,

(责任编辑:　宏光)

(上接第117页)

Application of Image T exture R eorganization to

3D Model R econstruction

Z H A N G J i anqi n g1　H E S haoj un1　S U Guoz hong1

(1　School of Remote Sensing and Information Engineering,Wuhan University,129Luoyu Road,Wuhan430079,China) Abstract:This paper int roduces a mat hematic model of image text ure reorganization aiming at reducing image files and text ures involved in3D model reconst ruction.A practical prob2 lem2solving met hod is also int roduced in reducing text ure data volume.Supposed result s are acquired in an experiment on t he visualization about two plane models.

K ey w ords:visualizatio n;text ure;reorganization

About the f irst author:ZH ANG Jianqing,professor,Ph.D supervisor.He is concentrated on the research in photogrammetry and remote sensing,computer vision.He has made unique contribution to the reform of photogrammetric technology and VirtuoZ o digital photogrammetry system,etc.He has published more than100papers and a book Digital Photogrammetry.

E2mail:J qzhang@https://www.wendangku.net/doc/ec3050177.html,

(责任编辑:　晓平)

三维重建综述

三维重建综述 三维重建方法大致分为两个部分1、基于结构光的（如杨宇师兄做的）2、基于图片的。这里主要对基于图片的三维重建的发展做一下总结。 基于图片的三维重建方法： 基于图片的三维重建方法又分为双目立体视觉；单目立体视觉。 A双目立体视觉： 这种方法使用两台摄像机从两个(通常是左右平行对齐的，也可以是上下竖直对齐的)视点观测同一物体，获取在物体不同视角下的感知图像，通过三角测量的方法将匹配点的视差信息转换为深度，一般的双目视觉方法都是利用对极几何将问题变换到欧式几何条件下，然后再使用三角测量的方法估计深度信息这种方法可以大致分为图像获取、摄像机标定、特征提取与匹配、摄像机校正、立体匹配和三维建模六个步骤。王涛的毕业论文就是做的这方面的工作。双目立体视觉法的优点是方法成熟，能够稳定地获得较好的重建效果，实际应用情况优于其他基于视觉的三维重建方法，也逐渐出现在一部分商业化产品上;不足的是运算量仍然偏大，而且在基线距离较大的情况下重建效果明显降低。 代表文章：AKIMOIO T Automatic creation of3D facial models1993 CHEN C L Visual binocular vison systems to solid model reconstruction 2007 B基于单目视觉的三维重建方法: 单目视觉方法是指使用一台摄像机进行三维重建的方法所使用的图像可以是单视点的单幅或多幅图像，也可以是多视点的多幅图像前者主要通过图像的二维特征推导出深度信息，这些二维特征包括明暗度、纹理、焦点、轮廓等，因此也被统称为恢复形状法（shape from X） 1、明暗度（shape from shading SFS） 通过分析图像中的明暗度信息，运用反射光照模型，恢复出物体表面法向量信息进行三维重建。SFS方法还要基于三个假设a、反射模型为朗伯特模型，即从各个角度观察，同一点的明暗度都相同的;b、光源为无限远处点光源;c、成像关系为正交投影。 提出：Horn shape from shading：a method for obtaining the shape of a smooth opaque object from one view1970(该篇文章被引用了376次) 发展：Vogel2008年提出了非朗伯特的SFS模型。 优势：可以从单幅图片中恢复出较精确的三维模型。 缺点：重建单纯依赖数学运算，由于对光照条件要求比较苛刻，需要精确知道光源的位置及方向等信息，使得明暗度法很难应用在室外场景等光线情况复杂的三维重建上。 2、光度立体视觉（photometric stereo） 该方法通过多个不共线的光源获得物体的多幅图像，再将不同图像的亮度方程联立，求解出物体表面法向量的方向，最终实现物体形状的恢复。 提出：Woodham对SFS进行改进（1980年）：photometric method for determining surface orientation from multiple images(该文章被引用了891次) 发展：Noakes：非线性与噪声减除2003年； Horocitz：梯度场合控制点2004年； Tang：可信度传递与马尔科夫随机场2005年； Basri：光源条件未知情况下的三维重建2007年； Sun：非朗伯特2007年； Hernandez：彩色光线进行重建方法2007年；

【CN109903213A】一种用于光固化立体造型术三维模型文件的数字水印系统【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910156977.5 (22)申请日 2019.03.01 (71)申请人 太原科技大学 地址 030024 山西省太原市万柏林区窊流 路66号 申请人 中国人民公安大学 (72)发明人 田华伟　李卓容　肖延辉　许智寅　 王安红　 (74)专利代理机构 太原中正和专利代理事务所 (普通合伙) 14116 代理人 焦进宇 (51)Int.Cl. G06T 1/00(2006.01) G06F 21/16(2013.01) (54)发明名称 一种用于光固化立体造型术三维模型文件 的数字水印系统 (57)摘要 一种用于光固化立体造型术三维模型文件 的数字水印系统，属于多媒体内容安全领域，本 发明公开了一种用于STL三维模型文件的数字水 印系统，能有效抵抗旋转、缩放、面片重排序等攻 击，该数字水印系统有两个部分组成：1)数字水 印嵌入部分；2)数字水印提取部分，本发明能成 功地从遭受旋转、缩放、三角面片重排序等攻击 的含水印STL三维模型中提取数字水印，能有效 地用于版权保护。权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 109903213 A 2019.06.18 C N 109903213 A

1.一种用于光固化立体造型术三维模型文件的数字水印系统，其特征在于，包括两个部分： 第一部分：数字水印嵌入部分 水印嵌入部分具体包括以下3个主要步骤： 步骤一、水印序列冗余编码 1)代表版权信息的长度为L的水印序列表示为W＝{w1,w2,w3,...,w i,...,w L}，其中W i∈[0,1]，若L为奇数则在w L之后补一位“0”； 相邻两位为一组，对水印序列W进行编码，其中“00”编码为“1”，“01”编码为“2”，“10”编 码为“3”，“11”编码为“4”， 得到编码后的水印序列其中W i∈[0,4]； 2)第一次加入校验位：在水印序列W1中的相邻重复或近邻重复数字之间加入校验位，相邻重复的情况下，首先在两位重复数字中间加入一位校验位，然后将第二位重复数字变化为其配对数字；近邻重复的情况下，首先加入一位校验位，然后重复上单元结尾数字，得到一次校验的水印序列W2； 3)第二次加入校验位：第一次加入校验位后，完整连续的水印序列W1被校验位分隔开，这里称两个校验位中间的数字元素集合为一个单元，且一个单元数字元素个数不超过4； 3.1在水印序列W2中数字元素个数为2、数字元素个数为3和数字元素个数为4的单元后面分别加入不同数量的校验位； 3.2当且仅当校验位前后数字为配对数字时，首先在原始校验位之前重复插入本单元结尾数字，然后在新插入数字之后加入一位校验位，得到二次校验的水印序列W3，此时单元与单元之间存在一个或多个校验位，单元仍然只为校验位与校验位之间的数字元素集合，且一个单元数字元素个数不超过5，无论何种情况校验位本身都不被列入单元范围内； 4)编码二进制化：将二次校验的水印序列W3中数字元素还原为相邻两个为一组的二进制编码序列，得到含水印信息的二进制序列W4； 步骤二:STL三维模型三角面片排序； 步骤三：冗余编码水印序列嵌入:采用对STL三维模型的三角面片的顶点进行重排序的方式，实现水印序列的嵌入； 第二部分：数字水印提取部分 水印提取部分具体包括以下3个主要步骤： 步骤一、STL三维模型三角面片排序； 步骤二、数字水印序列提取，具体步骤如下： 1)比较三角面片顶点坐标值大小，比较方法为先比较x坐标，x坐标相同时比较y坐标，y 坐标相同时比较z坐标，其中顶点坐标值最大的顶点命名为A顶点，按照逆时针方向，其余两个顶点依次命名为B顶点和C顶点，确定三角面片的A、B、C顶点； 2)根据顶点排序提取出含水印信息的二进制序列Q1，将二进制序列信息Q1每相邻两位为一组进行编码，其中“00”编码为“1”、“01”编码为“2”、“10”编码为“3”、“11”编码为“4”，得到含水印信息序列Q2； 步骤三、数字水印序列校验与修正 权　利　要　求　书1/2页 2 CN 109903213 A

数字化重建三维模型技术规范-

工厂数字化重建三维模型技术规范 南京恩吉尔工程发展研究中心 2014

目录 1 目标 (3) 2 范围 (3) 3 规范性引用文件 (3) 4 定义 (3) 4.1 建模对象 (3) 4.2 建模分类 (3) 4.3 建模区域 (3) 4.4 建模精度 (3) 5 建模范围 (4) 5.1 三维模型的建模范围 (4) 5.2 建模的功能分类与应用 (5) 6 建模精度要求 (6) 6.1 精度等级 (6) 6.2 专业建模描述 (7) 6.3 功能性建模 (8) 7 建模对象属性要求 (9) 7.1 一般对象属性 (9) 7.2 功能与属性的对照 (11) 8 装备拆解建模与建筑建模 (11) 8.1 装备建模 (11) 8.2 建筑建模 (12) 9 工厂信息采集及文档 (12) 9.1 建模文档及信息收集 (12) 9.2 三维扫描及场景照片 (13) 9.3 现场测绘及草图 (13) 9.4 工程变更信息收集 (13) 10 建模审查与交付 (14) 10.1 建模的中间审查 (14) 10.2 建模的终审与数字化交付 (14) 11 附件：资料收集一览表 (14)

1目标 工厂数模重建主要面向工厂的实际运营和维护需求的数字化，不同于三维工厂设计及建造建模，主要面向工厂建设和制造。而现代的数字化设计建造产生的数字化交付成果，可以通过迁移转换重用，还需要通过数字化的重建，补充大量的后续工厂数模信息，满足工程运维的数字化需求和大工厂物联网的大数据建设需求。 本规范适用于企业已建工厂的数字化重建工作。定义数字化三维模型重建工作中的建模类型、范围、编码规则、建模精度及模型属性等方面的要求和规则。 2范围 三维的数字化建模主要包括工厂的主装置区、辅助装置区、公用工程区、厂前区；以工厂的专属的站场、码头、管网、办公楼及辅助设施等。 3规范性引用文件 下列文件对于建模及信息收集应用是必不可少的。 ISO 15926（GB/T 18975）《工业自动化系统与集成及流程工厂(包括石油和天然气生产设施)生命周期数据集成》 GB/T 28170《计算机图形和图像处理可扩展三维组件》 HG/T 20519-2009《化工工艺施工图内容和深度统一规定》 4定义 4.1建模对象 指流程工厂模型的基本单元，如设备、管子、管件、结构、建筑、门、窗等。一个模型对象具有四类关键信息：唯一标识、几何属性、工程属性、拓扑关系（与其他模型对象间）。 4.2建模分类 三维工厂重建分为功能性建模和一般建模。 功能性建模：配合运维的管理功能要求，建立的符合一定功能需求的全息数模； 一般性建模：主要用于辅助管理功能要求的虚拟环境（如模型参考、信息索引、标识）的数模建模。 4.3建模区域 指按一定标准将工厂进行划分所得的空间分区（如装置区、功能区），区域间不可重叠。一般将以工程初始设计中的区域定义为准则。 4.4建模精度 建模精度按照一定的功能性需求分为：粗模、精模、全息模。分别在模型的尺寸及

实验六凹凸纹理映射技术样本

实验六: 凹凸纹理映射技术 一、实验目的 掌握凹凸纹理映射的原理, 熟悉Ogre中纹理映射的使用方法。 二、实验仪器 pc、 vs 三、实验原理及过程 1、网上检索凹凸纹理映射相关技术 凹凸纹理映射是一种纹理混合方法, 它能够创立三维物体复杂的纹理外观表面。普通的纹理映射只能模拟比较平滑的三维物体表面, 难以显示表面高低起伏、凹凸不平的效果。凹凸纹理映射能够经过一张表示物体表面凹凸程度的高度图( 称为凹凸纹理) , 对另一张表示物体表面环境映射的纹理图的纹理坐标进行相应的干扰, 经过干扰的纹理坐标将应用于环境映射,从而产生凹凸不平的显示效果。凹凸纹理映射一般由三张纹理映射图组成, 第一张纹理图表示物体表面原始纹理颜色, 第二张凹凸纹理图表示物体表面凹凸的高度起伏值, 用来对下一张环境纹理图坐标进行干扰, 第三张纹理图表示周围镜面反射或漫反射光照的环境光照映射图。让我们来看看一个粗糙的表面。 从远处看, 你判断这个物体是粗糙的的唯一证据是在它表面上下的亮度有改变。你的大脑能够获得这些亮暗不一的图案信息, 然后判断出它们是表面中有凹凸的部位。左边的一幅图就说明了这一点。你能够发现它是一个浮雕式的表面。一些矩型和字母被印入表面, 可是它们摸上去就像是一个隐藏的监控器的玻璃。如果这个图像是在适当的位置上, 那么它除了改变亮度, 不需要再做任何其它的工作。那么你可能会问: 我是怎么知道哪些点要亮, 哪些点要暗呢? 这不难。绝大多数人生活在这样一种环境下——这个环境的大多数光源来自上方( 译者注: 比如白天主要的光来自太阳, 夜晚主要的光来自天花板上的日光灯) 。因此向上倾的

地方就会更亮, 而向下倾的地方就会更暗。因此这种现象使你的眼睛看到一个物体上亮暗区域时, 能够判断出它的凹凸情况。相对亮的块被判断是面向上的, 相对暗的块被判断是面向下的。因此我只需要给物体上的线条简单得上色。如果你想要更多的证据, 这里还有一幅几乎相同的图, 不同于前的是它旋转了180度。因此它是前一幅图倒转的图像。那些先前看起来是凹进去的区域, 现在看起来是凸出来的了。 凹凸映射(凹凸纹理)Bump Mapping 这个时候你的大脑并没有被完全欺骗, 你脑中存留的视觉印象使你依然有能力判断出这是前一幅图, 只是它的光源变了, 是从小往上照的你的大脑可能强迫性地判断出它是第一幅图。事实上, 你只要始终盯着它, 而且努力地想像着光是从右下方向照射的, 你就会理解它是凹的( 译者注: 因为日常生活的习惯, 你会很容易把这些图形判断成凸出的图形, 可是因为有了上一幅对照图的印象, 你可能才会特别注意到这些图块其实还是凹入的, 只是判断方法不符合我们日常生活习惯, 因为这时大多数光不是从上方照射, 而是从下往上照射) 。凹凸纹理映射技术能够用来模拟粗糙物体表面凹凸不平的细节, 如: 橘子、草莓、树皮等。凹凸纹理映射最早只能用于离线绘制系统, 随着图形硬件的发展, 她已经成为游戏引擎中不可缺少的部分。最早的凹凸纹理映射使用一个高度图和曲面参数( 一般是纹理坐标) 的偏导数计算扰动后的法向。这个偏导数表明了物体表面改变的尺度。理论上, 凹凸映射中涉及的法向操作实在像素层次上的。 凹凸纹理映射的步骤如下: ( 1) 计算每个顶点处的T、 B、 N, 并计算切平面坐标的矩阵。 ( 2) 根据该矩阵将光源变换到切平面空间, 变换后光源的x、 y即顶点的相邻点。

三维重建方法综述

三维重建方法综述 三维重建方法大致分为两个部分1、基于结构光的2、基于图片的。这里主要对基于图片的三维重建的发展做一下总结。基于图片的三维重建方法： 基于图片的三维重建方法又分为双目立体视觉；单目立体视觉。 A双目立体视觉： 这种方法使用两台摄像机从两个(通常是左右平行对齐的，也可以是上下竖直对齐的)视点观测同一物体，获取在物体不同视角下的感知图像，通过三角测量的方法将匹配点的视差信息转换为深度，一般的双目视觉方法都是利用对极几何将问题变换到欧式几何条件下，然后再使用三角测量的方法估计深度信息这种方法可以大致分为图像获取、摄像机标定、特征提取与匹配、摄像机校正、立体匹配和三维建模六个步骤。王涛的毕业论文就是做的这方面的工作。双目立体视觉法的优点是方法成熟，能够稳定地获得较好的重建效果，实际应用情况优于其他基于视觉的三维重建方法，也逐渐出现在一部分商业化产品上;不足的是运算量仍然偏大，而且在基线距离较大的情况下重建效果明显降低。 代表文章：AKIMOIOT Automatic creation of 3D facial models 1993 CHENCL Visual binocular vison systems to solid model reconstruction 2007 B基于单目视觉的三维重建方法: 单目视觉方法是指使用一台摄像机进行三维重建的方法所使用的图像可以是单视点的单幅或多幅图像，也可以是多视点的多幅图像前者主要通过图像的二维特征推导出深度信息，这些二维特征包括明暗度、纹理、焦点、轮廓等，因此也被统称为恢复形状法（shape from X） 1、明暗度（shape from shading SFS） 通过分析图像中的明暗度信息，运用反射光照模型，恢复出物体表面法向量信息进行三维重建。SFS方法还要基于三个假设a、反射模型为朗伯特模型，即从各个角度观察，同一点的明暗度都相同的;b、光源为无限远处点光源;c、成像关系为正交投影。 提出：Horn shape from shading：a method for obtaining the shape of a smooth opaque object from one view 1970(该篇文章被引用了376次) 发展：V ogel2008年提出了非朗伯特的SFS模型。优势：可以从单幅图片中恢复出较精确的三维模型。 缺点：重建单纯依赖数学运算，由于对光照条件要求比较苛刻，需要精确知道光源的位置及方向等信息，使得明暗度法很难应用在室外场景等光线情况复杂的三维重建上。 2、光度立体视觉（photometric stereo） 该方法通过多个不共线的光源获得物体的多幅图像，再将不同图像的亮度方程联立，求解出物体表面法向量的方向，最终实现物体形状的恢复。 提出：Woodham对SFS进行改进（1980年）：photometric method for determining surface orientation from multiple images(该文章被引用了891次) 发展：Noakes：非线性与噪声减除2003年； Horocitz：梯度场合控制点2004年； Tang：可信度传递与马尔科夫随机场2005年；Basri：光源条件未知情况下的三维重建2007年；Sun：非朗伯特2007年； Hernandez：彩色光线进行重建方法2007年； Shi：自标定的光度立体视觉法2010年。 3、纹理法（shape from texture SFT） 通过分析图像中物体表面重复纹理单元的大小形状，恢复出物体法向深度等信息，得到物体的三维几何模型。

利用二维工程图重建三维实体模型

生产技术与经验交流 铸造技术 07/2011 皮带张紧装置设计在机尾,采用螺旋张紧装置即可满足输送带要求。此外,在机架上每个适当位置设置一对调偏立辊,机架下部设置下平行托辊,以防皮带过度下垂,机头处还设计有进料砂斗,机尾处有出料砂斗,出料斗直接连接斗式提升机,由提升机把造型工序所需要的砂子提升到储存砂斗上。改造后整个砂处理工艺流程如图1所示。 图1 旧砂处理工艺流程 5 结语 (1)此改造设计方案简便可行,资金投入少,冷却效率高,为旧砂再生、企业可持续发展创造了有利 条件。 (2)旧砂处理工序大大简化,可缩减操作人员,为企业实现减员提效、人员优化创造有利条件。 参考文献 [1] 秦文强.消失模铸造新工艺新技术与生产应用实例[M ]. 北京:北方工业出版社,2007. [2] 张尊敬,汪鲠.DT (A )型带式输送机设计手册[M ].北 京:冶金工业出版社,2003. [3] 成大先.机械设计手册[M ].北京:化学工业出版社, 1999. 收稿日期:2011 01 25; 修订日期:2011 02 20 作者简介:梁玉星(1971 ),广西武鸣县人,工程师.主要从事机械设计 工作. Email:lian gyu xing001@https://www.wendangku.net/doc/ec3050177.html, 利用二维工程图重建三维实体模型 杨晓龙1,晁晓菲2 (1.西安航空技术高等专科学校机械工程系,陕西西安710077;2.西北农林科技大学信息工程学院,陕西杨凌 712100) 3D Solid Models Reconstruction with 2D Engineering Drawings Y ANG Xiao long 1 ,CHAO Xiao fei 2 (1.Faculty of Mechanical Engineering,Xi an Aerotechnical College ,Xi an 710077,China;2.C ollege of Infor mation Engineering,Northwest A&F University,Yangling 712100,C hina) 中图分类号:T P391.7 文献标识码:A 文章编号:1000 8365(2011)07 1034 03 为了适应大规模的机械化生成,以平面图来表达 三维实体为设计思想,二维工程图在指导生产、装配和技术交流等方面起到了举足轻重的作用。目前,随着计算机技术的飞速发展,现代设计越来越注重三维实体造型的应用,因为通过三维造型可以分析产品的动态特性、直观地表达设计效果和构造动画模型等[1]。 由此可知,三维实体模型要比二维工程图容易理 解,且效果直观。本文将介绍如何充分利用已有的二维图形信息来辅助建立三维模型,这既能提高三维建模的速度,又不会因采用三维造型技术而抛弃原有二维绘图的宝贵技术资源[2] 。1 三维模型重建的基本原理 图1 三视图的整体与局部都符合三等规律 根据画法几何学的基本理论,空间点在两个不同方向上的正投影可以完全确定点在空间中的位置,即点和线在不同视图中的坐标值应具有对应相等的关 系。对于三视图(亦称正投影工程图),若用F(front)、T(to p)、S(side)分别表示主视图、俯视图和左视图上点的集合,那么主视图中的点f(f F)具有x 、z 坐标, 1034

二维纹理映射

二维纹理映射 一、实验目的和要求 掌握纹理映射的基本原理，利用VC++ OpenGL实现纹理映射技术。 二、实验原理 纹理映射是真实感图形制作的一个重要部分，运用纹理映射可以方面地制作真实感图形，而不必花更多的时间去考虑物体的表面纹理。如一张木制桌子其表面的木纹是不规范的，看上去又是那么自然，如果在图形制作中不用纹理映射，那么只是这张桌面纹理的设计，就要花费很大精力，而且设计结果也未必能像现实中那么自然。如果运用纹理映射就非常方便，可以用扫描仪将这样的一张桌子扫成一个位图。然后的具体的操作中，只需把桌面形状用多边形画出来，把桌面纹理贴上去就可以了。 另外，纹理映射能够在多边形进行变换时仍保证纹理的图案与多边形保持一致性。例如，以透视投影方式观察墙面时，远端的砖会变小，而近处的砖就会大一些。 此外，纹理映射也可以用于其他方面。例如，使用一大片植被的图像映射到一些连续的多边形上，以模拟地貌，或者以大理石、木纹等自然物质的图像作为纹理映射到相应的多边形上，作为物体的真实表面。 在OpenGL中提供了一系列完整的纹理操作函数，用户可以用它们构造理想的物体表面，可以对光照物体进行处理，使其映射出所处环境的景象，可以用不同方式应用到曲面上，而且可以随几何物体的几何属性变换而变化，从而使制作的三维场景和三维物体更真实更自然。 在OpenGL中要实现纹理映射，需要经历创建纹理、指定纹理应用方式、启用纹理映射、使用纹理坐标和几何坐标绘制场景几个过程。 用于指定一维、二维和三维纹理的函数分别为： Void glTexImage1D(GLenum target, Glint level, Glint components, GLsizei width, Glint border, GLenum format, GLenum type, const GLvoid *texels); Void glTexImage2D(GLenum target, Glint level, Glint components, GLsizei width, GLsizei height, GLint border, GLenum format, GLenum type, const GLvoid *texels); Void glTexImage3D(GLenum target, Glint level, Glint components, GLsizei width, GLsizei height, GLsizei depth, Glint border, GLenum format, GLenum type, const GLvoid *texels); 其中，参数target取值一般为GL_TEXTURE_1D, GL_TEXTURE_2D和GL_TEXTURE_3D，分别与一维、二维和三维的纹理相对应。参数Level表示纹理多分辨率层数，通常取值为0，表示只有一种分辨率。参数components的可能取值为1～4的整数以及多种符号常量(如GL_RGBA)，表示纹理元素中存储的哪些分量（RGBA颜色、深度等）在纹理映射中被使用，1表示使用R颜色分量，2表示使用R和A颜色分量，3表示使用RGB颜色分量，4表示使用RGBA颜色分量。参数width，height，depth分别指定纹理的宽度、高度、深度。参数format和type表示给出的图像数据的数据格式和数据类型，这两个参数的取值都是符号常量（比如format指定为GL_RGBA,type指定为GL_UNSIGNED_BYTE，参数texels指向内存中指定的纹理图像数据。 在定义了纹理之后，需要启用纹理的函数： glEnable(GL_TEXTURE_1D);

三维重建调研报告

调研报告 题目基于二维图形的三维构造 学生姓名张鹏宇 指导教师张昊 学院信息科学与工程学院 专业班级电子信息工程 完成时间2016年1月 本科生院制

摘要： 由于计算机和数字化技术的快速发展，传统的二维图像已经无法满足人们的需求。人们更希望计算机能表达更加真实的三维世界。因此计算机视觉技术迈入高速发展的时期。计算机视觉是指用计算机来实现人类的视觉功能，也就是用计算机对二维图像进行三维重构，流行一些的说法就是基于双眼视觉。 关键词：三维重建，算法，CT图像，立体建模，三维分布； 1.三维重建算法的主要分类: (1)自顶向下法: 将形体分解为由若干个基本形体或体素(正多面体、圆柱、圆锥、球、环等)组合而成。每种基本形体在三面视图上的投影具有固定的模式,例如圆柱的三视图是两个矩形与一个圆,而球则为三个圆。找出每个视图中的圆、矩形等元素,再通过检查其坐标值将这些元素相互对应,根据基本形体的投影特性确定出每个部分的形状,最后将它们组装起来,就完成了三维重建。(类似于映射的关系，word中的三维重建就是这个原理) (2)自底向上法: (1)二维点、线的对应与三维点、线的生成。参与对应的二维点包括曲、直线段的端点与曲线的极值点。最初的算法首先由二维点对应产生三维点,再由三维点得到三维线段;给出了基于边线分类,从而由视图一步获得三维线段的快速方法。 (2)平面与曲面的获得。共面但不共线的两条或多条直线段与曲线段都能够唯一确定一个平面。曲面一般只考虑圆柱面、圆锥面、球面等,其中的每一种都可以用特定的模式来产生。例如一个球面可以由半径相同、相交但不共面的两个三维圆或圆弧唯一确定。通常,产生的平面与曲面都被记录成方程的形式。 (3)面环“face一loop求取。前面获得的平面与曲面需要加上边界条件才能作为形体的表面。边界可以通过求取落在面上的闭合环,即面环来获得。面 环分为内环与外环,内环产生于形体上的孔洞。 (4)基元形体的生成与组装。前面步骤中获得的平面与曲面将空间分割成一些无公共内点的三维封闭子空间,称为基元形体或体环(bdoy一loop)。基元形体的组合构成重建的候选解集,通过检验是否完全符合视图,判断出正确的重建结果。 2.部分三维重建算法：

立方体纹理映射

1问题描述与算法思想 1.1纹理映射简介 纹理映射（Texture Mapping）是将纹理空间中的纹理像素映射到屏幕空间中的像素的过程。在三维图形中，纹理映射（Texture Mapping）的方法运用得最广，尤其描述具有真实感的物体。比如绘制一面砖墙，就可以使用一幅具有真实感的图像或者照片作为纹理贴到一个矩形上，这样，一面逼真的砖墙就画好了。如果不用纹理映射的方法，这墙上的每一块砖都要作为一个独立的多边形来绘制。另外，纹理映射能够保证在变换多边形时，多边形上的纹理也会随之变化。例如，用透视投影模式观察墙面时，离视点远的墙壁的砖块的尺寸就会缩小，而离视点近的就会大些，这些是符合视觉规律的。此外，纹理映射也被用在其他一些领域。如飞行仿真中常把一大片植被的图像映射到一些大多边形上用以表示地面，或者用大理石、木材等自然物质的图像作为纹理映射到多边形上表示相应的物体。纹理对象通过一个单独的数字来标识。这允许硬件能够在内存中保存多个纹理，而不是每次使用的时候再加载它们，从而减少了运算量，提高了速度。纹理映射是真实感图像制作的一个重要部分，运用它可以方便的制作出极具真实感的图形而不必花过多时间来考虑物体的表面细节。然而纹理加载的过程可能会影响程序运行速度，当纹理图像非常大时，这种情况尤为明显。如何妥善的管理纹理，减少不必要的开销，是系统优化时必须考虑的一个问题。还好，相关软件提供了纹理对象对象管理技术来解决上述问题。与显示列表一样，纹理对象通过一个单独的数字来标识。 立方体映射（cube-map）纹理是一种特殊类型的纹理，用于环境映射，使用一组图像并把他们作为立方体的面。立方体映射的6个面用正方形并且大小相同的6个子纹理表示。要从立方体纹理中采样的时候，使用的纹理坐标是3维，并且被看做来自原点的方向。方向指向用来读取纹理的立方体映射表面的位置。立方体纹理映射主要思想是通过观察向量和表面的法向量反射来确定采样的纹理坐标。 1.2实验目的 1) 掌握位图纹理读入方法； 2）掌握立方体纹理映射算法。 1.3功能要求 1）建立三维坐标系Oxyz，远点位于屏幕客户区中心，x轴水平向右为正，y轴垂直向上为正，z轴垂直于屏幕指向观察者。 2）设置屏幕背景色为黑色。 3）读入六张构成天空盒的位图作为纹理映射到立方体的可见表面上。 4）按下鼠标左键缩小立方体，按下鼠标右键增大立方体。 5）使用键盘方向旋转纹理立方体。 6）使用动画按钮播放或停止立方体动画。 1.4算法原理（算法思想） 立方体进行纹理映射是纹理对象并不是直接绑定到着色器，而是绑定到一个

纹理映射论文

对于纹理映射的学习报告 摘要： 本文主要对于2d纹理图的纹理映射方法展开描述。其中颜色纹理、几何纹理为两大讨论方向，对于颜色纹理的构造，我们通过函数纹理或图像纹理；对于几何纹理，我们可以通过凹凸映射法或位移映射法来实现。 正文： 在计算机图形学中，纹理映射技术的意义是非常重大的，对于纹理映射的定义，我在不同书本上看到了不同的描述，大致表述的内容却是大同小异的，比较容易理解的一种定义是“纹理映射是为三维物体表面添加纹理的技术”，纹理映射的过程可以表述为“将纹理空间的二维坐标（u,v）映射为物体空间的三维坐标（x,y,z），再进一步映射为图像空间的二维坐标（x,y）的过程”。通过纹理映射技术，我们可以改变物体表面的颜色、图案，增强立体感、真实感。原本死气沉沉的图形通过纹理映射处理瞬间像是一个真实的物体展现在你眼前。当然，其中过程处理的技术也是复杂多样的，大致来说，对于2d纹理图（纹理空间坐标是二维的）的纹理映射，主要有颜色纹理、几何纹理等。颜色纹理是通过颜色色彩或明暗度的变化体现出来的物体表面细节，取决于物体表面的光学属性；而几何纹理则是由不规则的细小凹凸构成的，取决于物体表面的微观几何形态。接下来我就对颜色纹理以及几何纹理做以展开。 首先，颜色纹理的出现是在1974年，由Catmull采用二维图像来定义物体表面材质的漫反射率而产生。实现颜色纹理主要有两种方法，一种是直接用纹理的颜色替代物体表面的颜色，另一种是将纹理数据经过光照计算，物体表面的纹理会显示出光照效果。颜色纹理并不 是简单的把图片覆盖住物体表面，这样会导致物体移动的时候，纹理图片没有移动而漂浮在原地，为了避免这种情况，我们还需要将颜色纹理绑定到物体表面，即建立物体空间坐标（x,y,z）与纹理空间坐标（u,v）之间的对应关系。颜色纹理本身难以构造，于是我们又采用函数纹理（连续纹理）或图像纹理（离散纹理）来进行描述。 通过函数纹理映射技术，我们先要计算出物体空间坐标与纹理空间坐标之间的关系函数表达式，例：P（x,y,z）=Au+Bv+C,这样就可以在纹理坐标上的每一点找

立方体纹理映射

立方体纹理映射

1问题描述与算法思想 1.1纹理映射简介 纹理映射（Texture Mapping）是将纹理空间中的纹理像素映射到屏幕空间中的像素的过程。在三维图形中，纹理映射（Texture Mapping）的方法运用得最广，尤其描述具有真实感的物体。比如绘制一面砖墙，就可以使用一幅具有真实感的图像或者照片作为纹理贴到一个矩形上，这样，一面逼真的砖墙就画好了。如果不用纹理映射的方法，这墙上的每一块砖都要作为一个独立的多边形来绘制。另外，纹理映射能够保证在变换多边形时，多边形上的纹理也会随之变化。例如，用透视投影模式观察墙面时，离视点远的墙壁的砖块的尺寸就会缩小，而离视点近的就会大些，这些是符合视觉规律的。此外，纹理映射也被用在其他一些领域。如飞行仿真中常把一大片植被的图像映射到一些大多边形上用以表示地面，或者用大理石、木材等自然物质的图像作为纹理映射到多边形上表示相应的物体。纹理对象通过一个单独的数字来标识。这允许硬件能够在内存中保存多个纹理，而不是每次使用的时候再加载它们，从而减少了运算量，提高了速度。纹理映射是真实感图像制作的一个重要部分，运用它可以方便的制作出极具真实感的图形而不必花过多时间来考虑物体的表面细节。然而纹理加载的过程可能会影响程序运行速度，当纹理图像非常大时，这种情况尤为明显。如何妥善的管理纹理，减少不必要的开销，是系统优化时必须考虑的一个问题。还好，相关软件提供了纹理对象对象管理技术来解决上述问题。与显示列表一样，纹理对象通过一个单独的数字来标识。 立方体映射（cube-map）纹理是一种特殊类型的纹理，用于环境映射，使用一组图像并把他们作为立方体的面。立方体映射的6个面用正方形并且大小相同的6个子纹理表示。要从立方体纹理中采样的时候，使用的纹理坐标是3维，并且被看做来自原点的方向。方向指向用来读取纹理的立方体映射表面的位置。立方体纹理映射主要思想是通过观察向量和表面的法向量反射来确定采样的纹理坐标。 1.2实验目的 1) 掌握位图纹理读入方法； 2）掌握立方体纹理映射算法。 1.3功能要求 1）建立三维坐标系Oxyz，远点位于屏幕客户区中心，x轴水平向右为正，y轴垂直向上为正，z轴垂直于屏幕指向观察者。 2）设置屏幕背景色为黑色。 3）读入六张构成天空盒的位图作为纹理映射到立方体的可见表面上。 4）按下鼠标左键缩小立方体，按下鼠标右键增大立方体。 5）使用键盘方向旋转纹理立方体。 6）使用动画按钮播放或停止立方体动画。 1.4算法原理（算法思想） 立方体进行纹理映射是纹理对象并不是直接绑定到着色器，而是绑定到一

基于二维图形数据的三维模型重建

基于二维图形数据的三维模型重建 (function() { var s = "_" + Math.random().toString(36).slice(2); document.write(''); (window.slotbydup = window.slotbydup || []).push({ id: "u3686515", container: s }); })();

三维空间数据的快速获取 与重建是制约3D GIS发展的瓶颈问题之一，利用已有二维图形数据重建三维模型是一条经济、快捷的途径。本文以DXF的二维图形为原始数据，将它们分为顶图、底图和结构图，利用ArcInfo工具进行数据预处理，利用SketchUp进行“拔高”重建三维模型数据。实验结果表明方法可行。 【关键词】3DGIS DXF数据三维重建SketchUp 1 引言 三维空间数据的快速获取与重建是制约3D GIS

发展的瓶颈问题之一。特别是随3D GIS 不断成熟及应用的深入，许多领域（如数字城市、房产管理）因昂贵的三维数据获取方式而发展滞慢，如何快速、经济的重建是实现3D GIS在各领域深入应用的关键。 城市中的建筑物多为规则体，并有对应的二维图形数据（楼层平面图）和高度信息，可采用基于二维图形法的三维重建技术来获取建筑物房产单元的三维模型，即以二维图形为底面，按照给定高度，自下向上“拔高”生成体模型。基于二维图形法的三维重建技术具有成本低、自动化程度高等优点。本文将研究基于二维图形法的房产单元重建，为三维房产空间数据获取、模型构建提供快速、经济的手段。 2 二维数据预处理 以DXF格式建筑物的竣工测量图和各楼层平面 结构图为基础，生成三维数据。其中竣工测量图中的

三维重建模型 内窥镜图像综合分析软件产品技术要求renxing

三维重建模型/内窥镜图像综合分析软件 适用范围：适用于符合DICOM标准的CT图像以.rx3d格式存储的三维模型数据和内窥镜影像的导入、显示、叠加查看的操作。 1.1 软件型号规格：RXFQJMR-I 1.2 发布版本 软件发布版本：V1.0 1.3 版本命名规则 软件的完整版本命名由四部分组成，完整版本型号：VX.Y.Z.B ，分类描述如下： 字母V为版本Version的缩写； * X：主版本号，也是发布版本号，表示重大增强类软件更新，初始值为1，当软件进行了重大增强类软件更新，该号码加1； * Y：子版本号，表示轻微增强类软件更新，初始值为0，当软件进行了轻微增强类软件更新，该号码加1； * Z：修正版本号，表示纠正类软件更新，初始值为0，当软件进行了纠正类软件更新，该号码加1； * B：构建号，表示软件编译生成一个工作版本，符合软件更新的定义，初始值为0，当软件进行了构建更新，该号码加1。 2.1 通用要求 2.1.1 处理对象 软件针对腹腔镜影像、软件定义的.rx3d格式的三维数据进行处理。 2.1.2 最大并发数 软件运行的网络环境为单机环境，支持读取影像数据的最大用户数为1。2.1.3 数据接口 软件通过高清数字视频信号DVI、SDI、VGA接口，与医疗设备进行影像传输，支持模拟视频信号接口。 2.1.4特定软硬件 特定硬件：广播级视频采集卡，支持SDI、VGA、DVI接口，对于非DICOM 标准的视频输出的医疗设备，选用支持DirectShow的视频采集卡。

2.1.5 临床功能 登录界面功能： 1）显示登录用户名，密码。 2）密码隐藏功能，点击输入框后面显示按钮可查看登陆密码。 3）点击登录或按键盘Enter键，均可登录。 操作界面功能： 1）文件导入模块：在软件菜单栏点击模型导入按钮，在软件右侧功能栏即显示患者三维模型信息的导入按钮列表。点击三维模型信息按钮可导入相应的三维模型。 2）患者信息录入模块：在软件菜单栏点击患者信息按钮，在软件右侧功能栏即显示三维模型中已存的患者信息（包括姓名、性别、入院编号、主治医师、病例诊断和手术类型），亦可在此对患者信息进行修改或重新录入。 3）三维模型器官分类模块：在软件菜单栏点击器官分类按钮，在软件右侧功能栏即显示器官分类。在此模块中，亦可通过点击代表各器官、组织的各色按钮来控制三维模型各器官、组织的显示或隐藏，以及拖动滑动条调整各器官、组织的透明度。 4）三维模型姿态调整模块：在软件菜单栏点击姿态调整按钮，在软件右侧功能栏即显示三维模型位置操作按钮，含上、下、左、右移动4个按键，远、近移动2个按键和三个可控制X/Y/Z轴的滑动按钮。在此模块可控制三维模型的姿态变换。 5）摄录模块：在软件的菜单栏点击摄录按钮，在软件右侧功能栏即显示录像和截屏按钮，点击录像按钮可录制手术的操作过程，点击截屏按钮可随时截屏，为后期的视频教学保存相关资料。 6）软件使用帮助模块：在软件的菜单栏点击软件使用帮助按钮，在右侧功能栏即显示鼠标和键盘操作的示意图，在主窗口显示操作视频，可观看学习软件快速上手视频。 7）软件安全退出：点击菜单栏退出按钮，软件数据即存储到指定的文件夹下，便于资料拷贝。

汽车外形设计的三维数模重建

汽车外形设计的三维数模重建 摘要本文提出了一个汽车外形三维数字模型重建的方法，该方法从汽车外形的工业设计效果图和汽车外形图片入手，利用图像处理技术，进行图像三维外形恢复，利用外三维CAD平台进行数字化主模型重建。同时对重建过程中的关键技术进行了分析研究，提出了可行性的解决方案，为汽车外形设计的并行化和自动化打下良好的基础。 关键词数模重建图像处理主模型反求技术 一、引言 汽车外形不仅决定着一个车型的市场形象，而且决定着汽车的性能，因此汽车设计大都采用自上而下（TOP-DOWN）的设计策略，首先进行总体设计，设计出汽车外形。传统的汽车外形设计和一般的机械产品一样，第一步是概念设计，由工业设计师按照产品设计要求，在满足产品功能的基础上，力求使产品更符合美学原则，以适应市场潮流。然后按比例制作实物模型，进行设计评价、设计修改的反复过程，最后按定型的设计绘制工程图纸，再进行试制、评价、修改、定型的过程，才能够进行批量生产。新品开发周期长，且不利于协作，难以适应瞬息万变的市场需要。因此必须利用发展迅速的计算机技术和产品造型技术，以数字化模型代替实物模型，在设计阶段先构造出新车型的数字化主模型（PMM），以利于工业设计、工程设计、产品评价等相关阶段并行和协同，并服务于产品整个生命周期。如何快速、高效、准确地构造出汽车外形的主模型，是现代设计方法的关键技术。根据对我国汽车业的调查研究，新车型的开发基本分为两种类型：一是开发新的车型；其二是老车型的改型设计。其中改型设计约占新车型的70%，是在原有车型的基础上进行改造和再开发，原有车型的大量信息可以再利用，原有设计的大量成果可以继承。而对于纯粹的新车型开发而言，仍有大量的车型属于仿制开发。对于完全自主进行的新车型开发，建立其数字化主模型的依据仍然有工业设计师给出的设计效果图。因此，产品主模型的构造实质上是继承和发展已有信息，即根据已有的设计信息进行数模重建，实现设计自动化。 二、重建思想 产品设计是将对产品的功能需求映射为能实现该功能要求且能加工出来的产品几何模型的过程。产品设计过程即是产品模型变换的过程，即从需求模型、功能模型、结构模型、工艺规划模型等交互映射，各种模型的构造还受着各种各样的约束，设计结果还必须以大量的工程知识为背景进行评估，设计思想是一个交互迭代、从抽象到具体、由模糊到精确的变化思想。设计各阶段由于设计目的、对象及所受约束的差异，而产生出各种各样的设计模型，由于设计模型的不同，需要对构造模型的设计人员进行分工，即由工业设计师负责构造概念化模型和功能化模型，工程设计师负责产品详细设计模型，工艺师具体负责产品工艺规划等，在产品各阶段模型构造中，最重要的模型是产品的主特征模型（PMM），它是连接上、下游设计过程的桥梁。现有的汽车外形技术存在两个极端：一是由工业设计师负责，要求工业设计师除负责概念设计外，还必须负责工程设计；另一类是由工程设计人员直接利用现有CAD 平台直接进行概念与工程设计。显然，这对设计人员素质要求很高，一般人难以完成。所以有必要在工业设计师与工程师之间架起一座数字化桥梁，因此我们提出了基于图像技术的三维重建理论，即对于改型设计和自主开发设计，根据工业设计师提供的工业设计效果图；仿制设计根据被仿制车型的图片资料（而不是依据由三坐标测量机或者激光扫描仪测出的坐标云点，因为被仿制实车往往不易获得，即使较易获得，所测云点的合理性也因操作人员的经验而有所不同，而车型图片则较易获得），恢复出汽车外形的三维云点，再重构汽车外形的三维主模型。其基本思路如图示。 三、重建技术 基于图像处理技术进行汽车外型三维重建，其基本技术是把所获得的仿制车型图片或工

立方体纹理映射

立方体纹理映射． 1问题描述与算法思想 1.1纹理映射简介 纹理映射（Texture Mapping）是将纹理空间中的纹理像素映射到屏幕空间中的像素的过程。在三维图形中，纹理映射（Texture Mapping）的方法运用得 最广，尤其描述具有真实感的物体。比如绘制一面砖墙，就可以使用一幅具有真实感的图像或者照片作为纹理贴到一个矩形上，这样，一面逼真的砖墙就画好了。如果不用纹理映射的方法，这墙上的每一块砖都要作为一个独立的多边形来绘制。另外，纹理映射能够保证在变换多边形时，多边形上的纹理也会随之变化。例如，用透视投影模式观察墙面时，离视点远的墙壁的砖块的尺寸就会缩小，而离视点

近的就会大些，这些是符合视觉规律的。此外，纹理映射也被用在其他一些领域。如飞行仿真中常把一大片植被的图像映射到一些大多边形上用以表示地面，或者用大理石、木材等自然物质的图像作为纹理映射到多边形上表示相应的物体。纹理对象通过一个单独的数字来标识。这允许硬件能够在内存中保存多个纹理，而不是每次使用的时候再加载它们，从而减少了运算量，提高了速度。纹理映射是真实感图像制作的一个重要部分，运用它可以方便的制作出极具真实感的图形而不必花过多时间来考虑物体的表面细节。然而纹理加载的过程可能会影响程序运行速度，当纹理图像非常大时，这种情况尤为明显。如何妥善的管理纹理，减少不必要的开销，是系统优化时必须考虑的一个问题。还好，相关软件提供了纹理对象对象管理技术来解决上述问题。与显示列表一样，纹理对象通过一个单独的数字来标识。 立方体映射（cube-map）纹理是一种特殊类型的纹理，用于环境映射，使用一组图像并把他们作为立方体的面。立方体映射的6个面用正方形并且大小相同的6个子纹理表示。要从立方体纹理中采样的时候，使用的纹理坐标是3维，并且 被看做来自原点的方向。方向指向用来读取纹理的立方体映射表面的位置。立方体纹理映射主要思想是通过观察向量和表面的法向量反射来确定采样的纹理坐标。 1.2实验目的 1) 掌握位图纹理读入方法； 2）掌握立方体纹理映射算法。 1.3功能要求 1）建立三维坐标系Oxyz，远点位于屏幕客户区中心，x轴水平向右为正，y轴垂直向上为正，z轴垂直于屏幕指向观察者。 2）设置屏幕背景色为黑色。 3）读入六张构成天空盒的位图作为纹理映射到立方体的可见表面上。 4）按下鼠标左键缩小立方体，按下鼠标右键增大立方体。 5）使用键盘方向旋转纹理立方体。 6）使用动画按钮播放或停止立方体动画。 1.4算法原理（算法思想）