体三维模型数据采集技术研究

体三维显 示 方 式 可 以分 为 扫 描 显 示 和静 态 显 示 两 种 Ｊ 。扫描显示 是 利 用人 类 视 觉 残 留原 理 ， 一 在
型之 间的技术 隔阂 。一般 的二维 图纸 的三 维重建 分 为三个步 骤 ： 对整 个 图纸进行 视 图分离 ； 图分 首先 视 离后 ， 以主视 图为 基准计 算 出其 他各 视图 的位置 ， 对 它们 进行 平移 、 转等 坐标变 换 ， 旋 自动地将 各个视 图 按照 视 图投 影方 向 的位 置放 置 ； 后还 需 要 从 视 图 最 中获取 特征 轮廓 信 息用 于特征造 型 。 在进行 二维视 图到 三维 视 图 的转 换 时 ， 要 对 需
都不 实 际划分视 图 ， 二维 图纸 的输 入 是 在整 体 坐标 下进 行 的 ， 而二维 转三 维 的 基 础是 视 图 之 间图元 的 投影关 系 。 目前 的视 图分离方法 主要分 为轮廓 搜索 的算法 和包 围盒分 离方法 。轮廓搜 索 的算 法
并非 面 向二 维转三 维 的视 图分 离 ， 常被 用 于识 别 通
无法 真实还 原三维 空间地址 信息 以及对真实 三维影
像 在空 间上 的重 构等领域 的瓶颈 。现有 的三维显示
复杂物体的认知和理解 ， 因此三维显示成为 目前流 行 的趋势 。现有 的三维显 示技术 中 以体三 维显示 技 术最 受关 注 ， 由于 体三 维 显示 目前还 没 有形 成 一套
式进行组织， 然而在体三维的显示系统中， 为了方便
切片显示 ， 模型数据需要逐像素使用三维 立体坐标进
一
１Ｏ。 ３ －
度感 的再 现 原 理 ， 用 光 栅 分 光 产生 视 差 的伪 ３ 利 Ｄ 显示原 理进行立 体 影像 还 原 显示 的系统 ， 点 是 在 缺 对具体 被显示物 体 的空间寻址 以及 ３０度 全景全 息 ６ 显示上存 在很大 的局 限性 ， 并且 需要 特殊 的设备 ， 且
ｒ ｐ ｅ ｅ ｔｔ ｎ ｆ ｒｖ ｌ ｍｅｒｃ ３Ｄ ｉｐｌｙ ｓ ｓｅ ｉ ｉ ｅ ｅ ｔｆｏ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎａ ｙ ． Ｔ ｓｐ ｐ ｒ ａ ａｙ ｅ ｅ ｒ ｓ ｎａ ｏ ｏ ｏ ｕ ｔｉ ｉ ｄ ｓ ａ ｙ ｔｍ ｓｄ ｆ ｒ ｎ ｒ ｍ ｏ ｖ ｎ ｏ ｌｗａ ｓ ｈｉ ａ ｅ ｎ ｚ ｓ ｉ ｌ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｔ ｓｏ ｏｕ ｔｉ ｄ ｓ ｌｙ ａ ｄ ｇｖ ｓａ ｓ ｒ ｅ ｆｉ ｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔ ｅ ｈ ｑ ｅ ． ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｃ ｆｖ ｌ ｍｅｒｃ３Ｄ ｉｐ ａ ｎ ｉｅ ｕ ｖ ｙ ｏ ｔ ａａ ａ ｑ ｉｉｉｎ ｔｃ ｎｉｕ ｓ ｉｉ ｓ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ： ｖ ｌ ｍｅｒｃ ３Ｄ ｉｐａ ｙ ｗｏ ｄ ｏ ｕ ｔｉ ｄ ｓ ｌｙ；ｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔ ｎ，３ ｒ ｃ ｎ ｔｕｃ ｏ ａａ ａ ｑ ｉｉｉ ｏ ｅ ｏ ｓｒ ｔ ｎ Ｄ ｉ
模 截 面图像组 融合来 获取 笛卡尔 坐标形式 的三 维坐 标 数据及 其对应 的色彩 数 据 ； 后将 获 取 的 坐标 数 然 据按 照体 三维显示 器 的分 辨率 进 行 归一 化 ； 后把 最
归一化后的定位数据组及其色彩信息映射到三维的
显示 空 间。
２ ２ 二维 图纸 的三维重 建 ．
ｅｃ ｎ ｌ ｖｘｌｎｒａ ｓａ ａ ｐ ｓｉ ， ｎ ｅｅ ｒ ｒｃｎｔ ｃ ｏ ｌｔ ３ ｂｅｔ ｏ ｅ ｉ ａｅ ａｈｓ ｇｅ ｏｅ ｉ ｅｌ ｐｔ ｌ ｏｉｏ ａｄｔ ｒ ｏｅ ｅｏ ｓ ｕｔ ａｃｍｐｅ Ｄｏｊｃ ｍ ｄ ｌｎｓ ｃ． ｉ ｉ ｔｎ ｈ ｆ ｒｓ ｅ ｐ
通过再现图像的幅值和相位信息 ， 利用二维介质来 显示具有 虚拟三 维效 果 的 图像 ， 点 是其 需 要 的全 缺
息图的信息 量存 在很 大 的冗 余 ； 视三 维 显 示是 具 透 有 阴影及单 眼视差 ， 以倾 斜 或透 视 图 的形 式 将三 维 图像显 示在二 维屏 幕上 ， 缺点 是 在深 度 的判 断过 程 中会 出现不确 定 性 ， 并非 真 正 的三 维 显 示 。较 前 三 种显示 方式 ， 体三 维显 示 是在 一 个实 际 的三维 空 间 中进行 显示 ， 能够对场 景进行 ３０度还 原 ， ６ 观察者 无 需特殊 的设备 ， 以从 任意角 度对 物体进 行观察 。 可 体 三维显示 技术原 理是利 用人类 视觉 系统 中 固
Ｈｏ ｅ ｅ ，ｔ ｅ ｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｆｒ ｖ ｌ ｍｅ ｒ ｄ ｓ ｌ ｙ ｉ ｄｆ ｃ ｌ ａ ｅ ｅ ａ ｃ ｓ ｌ ａ ｌｔ ｏ ｗ ｖ ｒ ｈ ａａ ａ ｑ ｉ ｉ ｒ ｃ ｓ ｏ ｏｕ ｔ ｃ ３ ｉｏ ｉ Ｄ ｉ ａ ｓ ｉ ｉｕ ｔ ｓ ｔ ｒ ｒ ｔ ｌ ｏ ｆ ｐ ｈ ｉ ｕ ｒ ｓ ｌｅ ｓｕ ｓ ｎ ｃ ｎ ｓ ｅ ｏ ｓ ｕ ｔ ｎ， ｅ ｐ ｃ ａｌ ｆｒ ｅ ｗｏｌ ｓ ｅ ｅ ｎ ｅ ｏｖ ｄ ｉｓ ｅ ｉ ｓ ｅ ｅ ｒ ｃ ｎ ｔ ｃｉ ｒ ｏ ｓ ｅ ｉｌ ｙ ｏ ｒ ａ ｌ ｒ ｄ ｃ ｎ ｍｏ ｅｉ ｇ ａｓ ｄ ｌ ； ｌ ｏ， ｄ ｔ ｎ ａａ
ｌ 体 三维 显 示技 术
早在二 十世 纪八九 十年代立 体 电影 刚刚问世 的
时候 ， 从人们对于立体 电影 的热爱 和渴求就能够看 出立体显示的前景是十分广阔的。而当今所面世的 立 体成像显 示系统 都是在 二维平 面上通过对人 们视 差 的暗示来 还原假 三 维空 间 ， 突破 不 了二维 显示 器
收 稿 日期 ：２ １ 一０ ０ Ｉ ２一Ｉ ６ 作者简介：刘珂珂（９ ５一） 女 ， １８ ， 硕士研究生 ， 研究方 向为计算机 图 像学 、 图像处理等。
对于成熟的 ２ Ｄ显 示技术 ， 体三维模型的获取较为
困难 ， 而且获取 方式 尚未标 准 化。此 外 ， 在平 面设备 上进行三维物体渲染 时 ， 模型数据多采用 多边形 的方
０ 引 言
由平 面 的屏 幕 构 成 的显 示 系 统 ， Ｃ Ｔ Ｌ Ｄ 如 Ｒ 、Ｃ
行组织 ， 一般采用笛卡尔坐标 系或是 柱坐标系 。本文
介绍 了现有 的几种体三维模 型数据 采集技术 。
等 ， 能显示 二维 的图像 而缺 乏第 三维 （ 深 ） 只 景 的信 息， 这个根本 性 的缺 陷导 致 了其 与 真实 三维 物 理世 界 之间存在无 法逾 越 的鸿 沟 ， 大地 影 响到 人们 对 极
信 息垫术
，
２１ ０ １年第７ 期
文 献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ９— ５ ２ ２ １ ７— １０— ４ １０ ２ ５ （０ １ ０ ０ ３ ０ Ｊ
中 图分 类 号 ：Ｐ ９ Ｔ ３１
体 三 维 模 型 数 据 采 集 技 术 研 究
刘珂珂 ，刘锦高
（ 华东师范大学信息科学技术学院 ，上海 ２０４ ） ０２１
ＵＵ Ｋ ． ｅ Ｉ ｉ—ａ ｅ ｋ ．Ｌ Ｕ Ｊｎ ｇ ｏ
（ ｐｒｍｅ ｔ ｆ ｎｏｍａｉｎＳ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙ Ｅ ｓ ｈｎ ｒ ｌ ｎｖｒｉ ， ｈ ｇ ａ ２ ０４ ，Ｃ ｌ￣ Ｄｅａｔ ｎ ｆｒ ｔ ｃ ｎ ｅａｄＴ ｃ ｎｌｇ ， ａｔ ｉａＮｏｍａ Ｕ ｉｅｓｙ Ｓ ａ ｈ ｉ ０ ２ １ ｈｎ ） ｏＩ ｏ ｅ Ｃ ｔ ｎ
按 照 固有顺 序显示 在 这 个空 间 ， 而 实现 三 维 场景 从 的重现 。相对 于扫描 显 示技 术 ， 态 显示 技 术 尚未 静
成熟 ， 现有 的静态 显示 技 术包 括 使 用 激光 激 发 空 间
其 三视 图 的归 属归 人一 个 视 图 ， 并且 一 个 图元 只 能
属 于一 个视 图 ， 因为一 般 的二维绘 图系统 在绘制 时 ，
整 个 图纸进行 视 图分离 ， 即把 图纸 中 的每个 图元 按
个时间段内， 将一个系列的二维图像分布显示在一 个 三维 的空 间 中。例 如 ： 通过 将 一 个三 维 场 景 剖析 成大 量 的图像 切片 ， 些切 片可 以是 长方 形 、 这 圆形 或
螺旋形 等形状 ， 进行显示 时 ， 用切 片形状 的显示 面 使 通过旋 转或其 他方式 ， 在短 时 间 内将 这 些切 片 图像
体 三维模型 数据采 集技术 ，为相 关方 向的研 究提供 了参考 。
关键词：体三维显示 ；数据采集ห้องสมุดไป่ตู้三维重建
Ａ ｕ ｖ ｙ ｏ ａ ａ ａ ｑ ｉｉｉ ｎ ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ｏ ｏ ｕ ｅ ｒｃ ｓ ｒ ｅ ｆ ｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔｏ ｅ ｈ ｉ ｕ ｓ ｆ ｒ ｖ ｌ ｍ ｔ ｉ ３ ｄ ｓ ｌｙ ｓ ｓｅ ｉｐ ａ ｙ ｔ ｍ Ｄ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｖｏｕ ｔｉ ｄ ｓ ｌ ｙ ｉ ｎ ｆｔ ｓ ｃ ｉｅ ｒｓ ａ ｃ ｒａ ｎ ｃ ｍｐｕｅ ｉｉｎ，ｉ ｓ ｏ ｌｍｅｒｃ ３Ｄ ｉｐ ａ ｓｏ ｅ ｏ ｈｅ ｍｏ ｔａ ｔｖ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｅ ｓ ｉ ｏ ｔｒｖｓｏ ｔ ｈ ｗｓ
内的 固体 、 体或气 体使其 产生 可见光 ， 液 以及使 用 聚 焦 的红外激 光脉 冲在 正常 的空气 中创建 出可发 光 的 等离子 体等 。
体 三维显 示涉及 到非常 大的数据 量 。例如一 个 柱状 的 体 三 维 显 示 器 ， 设 切 面 的 长 和 宽 都 为 假 １０ ， ０ ０ 该显示 器旋转 一周需 要 ３ ０幅切面 ， ６ 一个 像素
工业造 型 的 Ｃ Ｄ 系统 长 期使 用 二 维 图纸来 精 Ａ 确描述 产 品的几何 信 息 ， 因此 基 于 二维 图纸 的三 维 重建技 术有着 较高 的应用 价值 。这种技 术既 可以充 分利用 已有 二维设 计 图纸来 进 行快 速 的 三维 建 模 ，
同时也在 一定 程度 上解决 了二维工 业设计 到三 维造
成熟 的理论 ， 以对 体 三 维显 示 相关 技 术 的探讨 就 所 显 得十分 必要 。 体三 维显示 系统 涉 及大 量 的数 据再 现 问 题 ， 相
大致 可 以分为 四个 大类 ： 立体视觉 显示 、 全息立体显 示 、 视三维 显示 、 三维显示 ¨ 。 透 体 ｊ
立 体视 觉显示是 基于 双眼的水 平视差 和视 觉深
摘
要：体三维显示技术是计算机视觉领域最为活跃的研 究方向之一，它能够在一个实际的三
维空 间 中对场景进 行 ３ ０度 还原 。由 于涉及 大量 的数 据再 现 问题 ，体 三 维模 型 的获取 较 为 困难 ， ６
特别是对真 实世界 中物体的体三维重建。分析 了体三维显 示的特点及相 关应用，概述 了现有的
有 的三维 数据处理 结构 来显示 实际 占据着 一个三维 空 间的图像 ， 种实 际三 维 场 景 的再 现 虽涉 及 到 大 这 量的数据再 现 问题 ， 再 现原 理相 对 简 单 。现 有 的 但
究数据的可视化等。三维模型数据到体三维显示模 型数据 的转换 一般 分为三个 步骤 ： 首先 ， 通过 三维建
容易导致疲 劳 ， 不适 于长 时 间观 看 ； 全息 立体 显示是
模 型数据 采集技 术研究 目前 主要有 以下几 个方 向。 ２ １ 三维模 型 的数 据 转换 ． 当前 大量 的体三维 系统 的应用场 合都 是对 三维 建模 软件 （ 如 ３ ＭＡ 例 Ｄ Ｘ等 ） 成 的场 景 进 行显 示 ， 生 这 类应用 例 如 ： 分子 模 型、 物 模 型 的显示 ， 学研 生 科