对图形图像三维建模技术的思索

李世琳

对图形图像三维建模技术的思索

李世琳

李世琳

鞍山市现代服务学校

近年来，随着我国虚拟现实技术的越发成熟，越来越多的场所与领域开始对其进行全面利用，从而实现自然方式和虚拟环境的相互操作，改变以往“身临其境”的需要，对于景区宣传、建筑群导向以及公共场所游览等工作具有非常大的意义，属于现代信息技术不可或缺的一个重要组成部分。而在现实工作上，设计人员需要利用图像图形等技术构建三维模型，从而实现虚拟场景。本文主要从三维建模技术、通过图形实现建模、通过图像实现虚拟建模以及图形与图像的混合建模等技术层面进行思索，希望通过浅陋的办法为相关人员的三维建模提供一份参考办法。

三维建模技术

随着计算机信息技术的成熟发展，人们不再满足于以往平面所显现的图像，由此在三维空间上利用三维建模技术提高现实中的人、物以及各种形态的逼真性，为用户提供一种“身临其境”技术环境也就成为目前以及未来一段时间图像成形的发展方向。在实际操作上，工作人员把现实中的人物进行建模与模拟时，一般要从三维空间上进行综合性的考虑，从而全面掌握事物的具体形态、色彩、材料以及运动状态等属性，进而实现3D再现模式。从技术层面来讲，这些都离不开实体事物的图形图像处理工作与对其模型进行合理建模。

在进行三维建模工作时，其技术的核心内容是从实体的三维空间出发，全面掌握其信息属性后构造出立体模型，特别是在几何模型的形成上，然后通过计算机建模软件或者计算机编程，对实体模型的图形进行显示，最后进行相关操作与处理。而为了掌握实体的三维空间信息属性，可以通过相应的算法，并利用计算机所提供的程序，对于实体三维空间的特征点所具体存在的空间位置进行建立，然后在二维图像所提供的对应点坐标的定量关系进行建立，最后得出实体三维空间表面的任意点坐标值。而工作人员对以上操作完成后，得到实体的具体形状、尺寸以及坐标等相关几何属性后，就可以进行构模的操作步骤，实现三维几何模型的构建工作。

通过图形进行建模的相关办法

通过图形进行建模的办法，其在实际运用上主要通过计算机的图形学原理，从几何图形的相关性质上进行三维建模，属于较为传统与成熟的三维模型构建办法。

1.一般过程

对二维图形进行构建是实现图形建模工作的基本前提，从我国目前在几何模型绘制与构建的实际情况来看，CAD软件系统虽然较为传统，在部分功能实现上有所限制，但是依然受到工作人员的欢迎，基本可以完成相关图形的绘制工作与三维图形的有效转化工作。而构建完成后的二维图形，就可以通过Extrude、Bevel、BevelProfile、Lathe以及Lattice等软件的编辑修改器，把所构建的二维图形进行三维几何体的有效转化。

2.CAD软件在图形转化与三维建模中的实际应用

通过图形所实现的三维建模工作，其一般要求是对机械或者建筑产品进行全面设计，从而形成直观图，便于其他设计工作的参考。从CAD技术的运用上可以知道，其具有强大的绘图与转化能力，可以有效实现产品设计的型面分析工作、装配干涉的分析工作、工作强度的分析工作以及机构运动效率的分析工作等，为机械设备与建筑的设计与开发工作提供参考，有效缩短设计时间，更快占领市场。

通过图像实现虚拟建模的办法

1.实现过程

通过图像实现建模后，将可以避免三维几何的限制。在一般情况下，通过摄像头所成形的离散图像或者视频图像都可以作为基础，而通过有效的技术处理工作后，同样可以形成逼真的景观图像。然后再通过相关空间模型，将摄影出来的全景平面图像进行虚拟化，形成三维空间。最后运用相关的软件操作办法，就可以对场景进行三维空间角度的观察，特别要指明的是，这些操作过程即使在普通计算机上也可以实现，因此特别的便利。与此同时，由于全景生成技术在利用上，主要通过图像处理手段实现三维空间模型的构建，因此掌握其主内容后就可以满足实景虚拟要求。

2.基本方法

著名视觉经典教授Pollefeys等人在对图像三维建模进行研究后，提出了由多幅图像进行处理的技术，其主要基于同一物体所对应的几个不同的对应点信息中提取出物体外形的轮廓信息。而这些信息主要有5个部分有效组成，一是匹配与抽取特征点；二是对相机的定标；三是重投影图像的生成；四是对立体像的位置进行校正；五是对曲面的散乱点进行构建。另外，在对立体视觉的模型进行构建的过程中，一般要从基本原理上进行不断完善，其具体的内容有，从两幅图像上对实物的所对应的点进行确认，而这部分所对应的点，其实际上就是实物表面上的同一个，只不过在完成投影后所形成的位置不同。而掌握物体同一点投影后形成不同的位置后，一般就可以熟悉相机内部与外部的相关参数，并可以基于两张图像的同一投影点上，对每两个相互的对应点画出其直线，而这部分的直线在确定后，就可以从三维空间上对其交点进行确认，而所确认的这个点，其就属于三维空间场景中，实物所应对某个点的三维坐标。

3.性能分析

通过图像实现三维建模时，其优点较为显现，主要有以下几个方面。一是对于漫游效果与所需的具体处理时间，主要受到图像画面分辨率的影响；二是对于所需要的图像，不但可以拍摄形成，还可以利用计算机生成，当然二者也可以结合使用；三是真实度较高，更加有利于用户感受“身临其境”；四是在进行具体操作工作时，其所要求处理数据量较小，因此一般计算机就可以完成，具有较强的实用性。

通过图形与图像混合使用实现建模在产品设计上的应用

1.图像定位

图像定位，主要指的是对相关产品进行设计时，把其外在形状的具体特征定位到产品表面的应有的位置。而在二维空间建模工作上，相关的定位手段较为荣誉。例如，设定图像的原点为0 1（0，0），那么所要设计的产品，其表面点所对应的映射点就是0 p（x，y，z）。如（图1）所示。

图1 产品模型图像定位

2.物体表面形态细节度量

对于工业产品来说，其外在形态属于客观存在的物理存量，不但有图案的明显特征，还带有形貌特征。而相对来说，光学结构对于设计产品的图案视觉效果与质感具有重要的影响，而表面形貌则体现着产品图案表面所拥有的几何层次，在产品功能设计的过程中影响较大。例如，对于一个零件的表面光滑程度、波纹的细腻度、形状的规则程度、沟槽、凹坑和凸台的形状等，其主要受到产品表面图案与形貌的共同影响。另外，产品形貌与图案还存在着相互影响的关系，主要体现在，形貌本身属于一种图案，其同样影响到产品设计表面的光学效果，而不同的形貌，其光泽与反射率同样存在差别，因此不同产品感观存在着差异；另外， 图案的差异性可以改变形貌的具体特征，从而为外形提高优秀的仿真效果。

3.特征描述

特征描述就是在产品的表面信息图像和零件的形状之间建立联系，从而生成有生产意义的产品模型，图像和图形相融合的描述方式为：｛关联实体：图像中的几何形状；关联表面：产品的表面面片；图像定位参数：产品映射图像的定位点和位置；图像数据：产品外观属性的相关数据如分辨率、大小、I（r，c）等；映射变换：把图像嵌入到产品外形的指定位置的相关转化函数；检测参数：描述产品表面加工所需要的参数，如颜色、纹理、精确度等；加工描述：得出产品的形貌方式｝。

结语

综上所述，以图形图像所完成的三维建模对计算机空间模拟具有重要的意义，在实际的运用上，设计人员要根据不同要求选用不同工作办法，从而科学有效的完成三维模拟工作，为用户提供更为逼真与流畅的体验，实现更多用户对于“亲临其境”的要求，让先进科技更能为人类生活水平的提高做出实际贡献。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.024