探讨PhotoModeler软件的二维图像建模技术应用.doc
探讨PhotoModeler软件的二维图像建模技术应用3700字
随着现代工业的发展和科学技术的进步，各种外形的零部件的技术和流程也在发生着革新，CAD 技术在
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
领域起着越来越大的作用。作为CAD 技术中及其重要的一种，反求
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
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，产品竞争力提高，因此越来越受到各厂家和科研单位的重视。
就目前反求设计而言，主要方法是使用三维实体激光扫描仪对实体进行数字化处理，如德国ATOS 扫描仪，美国Cyberodeler
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。
1 本文采用二维图像生成三维模型软件介绍
PhotoModeler是一个强大创造3d模型和计量测量的照片建模工具。可以将平面照片转换成立体模型的工具，只要利用照片里物体的点、线、面，即可创建出立体的3D模型，主要应用范围:建筑
表
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面扫描，采石以及采矿业，悬崖、岩石表面，人体的身体、背部、脸、脚的扫描，非接触医用扫描，足迹以及鞋印。
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(一部照相机);现场作业时间少，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(如果对象可以被拍摄并且具有纹理);能够扫描远距离的对象(只要在相片中有可见的纹理);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。
但是 PhotoModeler 也有一些缺点:不能扫描无表面纹理的表面;需要预先了解近似深度范围的信息;需要目标点或者其它特征点;不能够在夜晚或者黑暗的地点扫描;扫描精度不高。
2 运用 PhotoModeler 软件进行二维反求的具体过程
2.1 相机校核
2.1.1 制作镜头
标准
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阁点版
本文采用一块标准格点板来辅助校核,我们可以看出，格点板主要是由编码标记点和非编码标记点所组成。编码标记点是由中央圆点和四周的编码环段所组成。非编码标记点是一个中央圆点形成。
两类标记点在测量中起到的作用是不同的。在平面中建立一个坐标系，在此坐标系中，编号标记点的匹配利用自身不同的编码，而非标号标记点的匹配则可以利用其与编号标记点的对应位置关系，这样就可以实现所有标记点的匹配。
2.1.2 拍摄标准阁点板
大致保持镜头主光轴与标准格点板间呈45度，保持焦距不变，从4个方向先拍摄4幅横幅相片，再以镜头主光轴为轴旋转90度，拍摄4幅纵幅相片，共拍摄8张相片[8]所示:
2.1.3 参数计算
进入 PhotoModeler 软件的校准模块，导入相片，软件随后会自动计算镜头的实际焦距、CCD 幅面等。通过PhotoModeler 软件的计算，得到的SONY 数码相机的参数所示:
2.2 拍摄物体照片
这样的模型并不适合直接用来进行摄影测量，因为曲面模型表面看起来比较光滑匀质，难于找到特征点。为解决这个问
题
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，可在模型表面用白点做出标记。
在拍摄照片时，直射光可能产生阴影，也可能产生细节丢失，所以拍摄工作宜在充足的漫射光下进行。宜采用三脚架固定相机拍摄，减少晃动，提高相片清晰度。而拍摄相片数量和角度，则以模型上每处细节至少能反映在2张以上的相片，而这2张相片又与其他相片有较多的重叠部分的原则为准。对于多边界的复杂形状物体，由于前后景遮蔽，需要对某些地方增加拍摄的图像数，但每幅图像摄像机光轴之间的夹角不能小于10?? 。本文分别从上方、前方、左前方、左方、左后方、后方、右前方、右方、右后方9个角度拍摄了9张照片。
2.3 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。
具体的校核步骤如下:
1. 选定一张图像的特征位置标定一个点。
2. 在该点可视的另一张图像里面添加真实模型中相对应的点。
3. 点击quick reference selected按钮将两个点在空间中约束成为一个点。
4. 重复 1~3 步继续添加多个点(一般为6~10 个)。
5. 点击process按钮完成两张图像的定位。(当完成定位后图像视窗中会显示oriented,如果还未定位，则应继续添加点)
6. 重复 1~5 步完成其他几张照片的定位。
7. 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，进行重新标定。
当完成照片的定位后，就确定了摄像机的拍摄位置和方向。在本文中，摄像机以及校核点的空间位置所示。
2.4 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。在本实验中，由于被测车身有一些较为复杂的曲面，标定特征点时尽量选择车体的轮廓线以及控制曲面走向的点。而对于有些直线轮廓，则只需标定出直线的两个端点。本文得到的数据点所示。2.5 汽车车身的重构
2.5.1 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，建立汽车车身的边缘轮廓插值拟合曲线，创建曲线主要有以下方式:
a.直线模式:选择直线轮廓的两端点连接起来。
b.通过一系列点生成曲线:在空间中用样条曲线将各约束点平滑连接起来。
c.通过曲线匹配生成空间曲线:通过在两幅以上的相片上，用样条曲线分别描绘该曲线在相片上所成的像，然后将两条曲线在相片上的像对应起来，可计算出此曲线的位置。
2.5.2 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(path mode)，三角形面片模式(triangle
mode)，圆锥模式(cone mode)，旋转模式(revolutionmode)，四边曲面模式(Boundary patch mode)，扫掠模式(sode)，放样模式(loft mode)。
3 结论
本文通过对一款法拉利汽车模型进行三维反求，在与以前传统的反求方法的对比之下，提出了一种很有前景的方法——摄影测量法，即通过二维图像生成三维模型。借助于比较成熟的商业软件PhotoModeler，完成了汽车车身的数据点获取，利用NURBS 曲面及NURBS曲线曲面插值、拟合算法，完成了模型汽车的曲面重构，并通过照片的纹理信息进行了纹理恢复。
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