基于图形图像的三维建模技术探讨

摘要：现代的工程建筑设计、产品设计和地理信息研究等方面离不开三维建模技术。虚拟场景的构建是虚拟技术的重点和难点，同时，在产品设计中也要应用图像图形的融合技术来构建三维模型。本文对基于图形的三维建模、基于图形的三维建模和图形图像混合建模进行了探讨，为三维建模提出了新的思路。

关键词：图形图像；三维建模；探讨

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 02-0000-02

1 基于图像的虚拟建模技术

1.1 基于图像建模技术的实现过程。基于图像的建模技术技术摆脱了对三维几何的依赖，单纯利用照相机拍摄的离散图像或摄像机录下的视频图像为基础，经过技术处理后生成真实的景观图像，之后利用适合表现图片景象的空间模型把全景图像做成虚拟的实景空间，通过软件操作，可以对实景空间进行前进、后退、环视、仰视、近看、远看等操作，实现用户对场景的三维角度观察，这些操作过程在普通计算机上就可以实现。全景生成技术是基于图像处理来建立三维模型的关键，有了它就可以实现对实景的虚拟再现，生成的全景图按照可浏览的角度划分为柱面全景图和球面全景图。柱面全景图可以满足对水平空间的360度转化观察，而球面全景图可以实现经纬360的浏览转化。

1.2 基于图像建模的基本方法。按照视觉的形式来构建三维模型是计算机视觉领域中的典型技术，主用用车船、飞机等交通工具的导航设备上。由Pollefeys等人提出的多幅图像的处理技术，主张从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，这些信息由5部分构成：匹配和抽取特征点；相机定标；重投影图像生成；立体像的校正位置和曲面散乱点构建。建立立体视觉模型有一个完善的基本原理，具体内容是：根据已知的两幅照片来确认物体所一一对应的点，这些对应点实际上是物体表面上同一个的投影形成的两个不同位置的点。通过对物体同一点在两个图片中的两个投影点位置的确定，可以找出相机内部和外部的参数。然后，从两个照片的同一投影点出发，画出每两个对应点的形成的直线，这些直线在空间上会有一个交点，这个点就是场景中物体上某个点的三维坐标。这样通过对物体的每个点就进行这样的

1.3 基于图像的三维建模技术的性能分析。基于图像来进行三维建模的优点有：漫游的效果和处理的时间仅仅受到画面分辨率的影响，而不会受到场景复杂度的影响；事先形成的图像既可以是计算机生成的，也可以是照相机拍摄的，即使二者混用也不会对模型的形成造成负面影响；有很强的真实感，可以收到身临其境的效果；操作中处理的数据量小，所以对计算机的硬件软件要求不高，实用性强。

总之，基于图像的虚拟建模技术可以很好地对实物进行虚拟化处理，是对无法进行CAD制图环境的有益补充，可以广泛应用在建筑、模型设计、交换式游戏、虚拟空间构建和远空间研究等许多热点领域。

2 基于图形的建模技术

基于图形的建模技术是利用计算机图形学的原理来按照几何图形建模的技术，这是一种传统的构建三维模型的方法。

2.1 基于图形来建模的一般过程。构建二维图形是基于图形建模的前提。目前常用的绘制几何模型的软件主要是CAD系统，它可以实现图形的绘制和三维图形的转化。一个和多个样条线组成了二维图形，通过使用Extrude、Bevel、BevelProfile、Lathe和Lattice的编辑修改器，可以实现从二维图形到三维几何体的转化。

2.2 CAD系统在图形转化和三维建模中的应用。基于图形的三维建模技术主要的应用领域就是进行产品或建筑的设计。CAD技术以其强大的绘图和转化功能，可以提高对设计产品型面分析、装配干涉分析、强度分析、机构运动分析效率和准确率，为产品的设计和开发节省时间。

3 基于图形和图像的混合建模技术在产品设计中的应用

从国内外建模技术的发展来看，基于几何图形和图像的混合建模、人工智能和感知理论成为了虚拟现实技术的发展方向。基于图像的建模仅能提供一个虚拟环境，这种环境中难以实现用户和实体之间的交互，而几何模型实体必然是用户产生交互作用的对象。因此，虚拟建模的理想设计必然提高真实感、逼真度和实时性，混合建模技术所建立的三维场景模型具备了这样的优势，图形和图像的融合可以在计算机中形成真实感图形。3DSMAX、SoftImage等软件带有的强大的纹理映射功能很好的融合了图形图像技术。

3.1 图像定位。图像定位就是把设计产品的外在形状特征定位到产品表面的应有位置，在二维空间中，这样的定位是很容易的。如果图像的原点是01（0，0），则设计产品的表面点的映射点为0p（x，y，z），如下图所示。

产品模型图像定位

3.2 物体表面形态细节度量。工业产品的外在形态是一种客观的物理存在，兼具图案特征和形貌特征。产品的表面图案的视觉效果和质感取决于它的光学结构，而表面形貌的内容则是产品表面的几何层次细节，对产品的功能有很大影响，比如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，产品的图案和形貌共同构成了产品的外在形状。产品的外在形貌和图案是相互影响的关系，一方面，表面的形貌本身就是一种图案，它直接影响了产品表面的光学效果，形貌不同光泽和反射率就不同，从而让产品具有不同的感观；另一方面，表面图案可以改变形貌特征，进而使外形具有了良好的仿真效果。所以，综合考虑图案和形貌，对于产品的模型的外观细节量度可以从以下几个方面入手：a颜色和明暗：反映材质和图像的特征；b反射率：由图像和几何体决定；c图案和凹凸：有图像和映射决定。根据是上述的量，我们可以用这样的公式来表示细节量度：A――细节量度；G――产品的几何形状；M――产品的材料；I――产品的外观图像；m――图像和图形融合后的映射；被设计的产品的外观细节量度为：A=f（G，M，I，m）

3.3 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}

4 结束语

以计算机技术为支撑的三维建模技术在多个领域被广泛应用，虚拟现实技术成为了一个快速发展的创新点，无论是来理论研究，还是在硬件建设上都都取得了不俗的成就。国内的许多研究单位都在大力开展虚拟现实和建模技术的开发，通过大量的实践来积累经验，为以后的技术发展作出了许多有价值的探讨。而对于市场主体的企业来说，总是迫切需要新的技术来支持他们的产品设计和开发，所以基于图形图像的三维建模技术和二者相融合的建模技术必然还会在产品设计、工程设计等方面发挥更大的作用。

参考文献：

[1]刘燕.基于图形图像的建模技术研究[J].数字技术与应用，2010，24（08）：（134-135）.

[2]李博.CAD三维绘图研究[J].机械管理与开发，2008，23（7）：（105-107）.

[作者简介]王艳（1982.10-），女，山西，吕梁学院，软件工程，讲师，本科。