[课件]基于图像的三维建模技术综述PPT
合集下载
三维模型简介(分析“模型”文档)共58张PPT
柱坐标：在二维极坐标的基础上增加一个z坐标。
WCS：World Coordinate System
3 世使界用坐 多标个、系视图创，特建别是对等轴象测视后图，，使模将型形它象化和移对象动选择或更加复容易制。 到适当的三维位置。
有完整的三维坐标系统，可用于空间内任何位置的点与图形对象的定位。
1、使用线框模型的提示
19
20
21
22
23
24
25
26
上机练习：绘制线框模型
27
28
29
30
31
32
33
4、三维曲线
（1）三维多段线 3dpoly
34
（2）样条曲线spline
35
36
37
38
39
40
41
42
（3）螺旋helix
43
螺旋高度设为0，就绘制二维螺旋线
5、给二维对象添加三维厚度
点的连线与 X轴之间所成的
角度
Z： 为点的Z方向坐标
（3）球坐标系
绝对球坐标：r<α<β 相对球坐标：@ r<α<β
r：点距原点的距离 α：与 X 轴所成的角度
β：与 XY 平面所成的角度
9
3、AutoCAD 中的三维建模环境
10
三维视图
4、AutoCAD中的三维视图
缺省视图
西东东 西
南南北 北
1、三维笛卡尔坐标：通过使用三个坐标值来指定精确的位置：X、Y 和 Z。
4
2、三维柱坐标：通过 XY 平面中与 UCS 原点之间的距离、XY 平 面中与 X 轴的角度以及 Z 值来描述精确的位置。
3、三维球坐标：通过指定某个位置距当前 UCS 原点的距离、在 XY 平 面中与 X 轴所成的角度以及与 XY 平面所成的角度来指定该位置。
WCS：World Coordinate System
3 世使界用坐 多标个、系视图创，特建别是对等轴象测视后图，，使模将型形它象化和移对象动选择或更加复容易制。 到适当的三维位置。
有完整的三维坐标系统，可用于空间内任何位置的点与图形对象的定位。
1、使用线框模型的提示
19
20
21
22
23
24
25
26
上机练习：绘制线框模型
27
28
29
30
31
32
33
4、三维曲线
（1）三维多段线 3dpoly
34
（2）样条曲线spline
35
36
37
38
39
40
41
42
（3）螺旋helix
43
螺旋高度设为0，就绘制二维螺旋线
5、给二维对象添加三维厚度
点的连线与 X轴之间所成的
角度
Z： 为点的Z方向坐标
（3）球坐标系
绝对球坐标：r<α<β 相对球坐标：@ r<α<β
r：点距原点的距离 α：与 X 轴所成的角度
β：与 XY 平面所成的角度
9
3、AutoCAD 中的三维建模环境
10
三维视图
4、AutoCAD中的三维视图
缺省视图
西东东 西
南南北 北
1、三维笛卡尔坐标：通过使用三个坐标值来指定精确的位置：X、Y 和 Z。
4
2、三维柱坐标：通过 XY 平面中与 UCS 原点之间的距离、XY 平 面中与 X 轴的角度以及 Z 值来描述精确的位置。
3、三维球坐标：通过指定某个位置距当前 UCS 原点的距离、在 XY 平 面中与 X 轴所成的角度以及与 XY 平面所成的角度来指定该位置。
三维建模技术PPT课件
机械CAD
16
用户
特征定义
特征参数 非几何信息
特征库
信息匹配
机械CAD
实体造型 几何拓扑信息 商用CAD系统
17
STEP文件 生成器
特征建模软件 SolidWorks
三维设计软件中的特征 三维设计软件作为一个通用软件，由于要适应机 械设计的各种不同的应用，而不同应用中的特征 可能是完全不同的，所以这些软件中的特征均以 形状特征为主，融入了一些与设计功能有关的特 征种类。
5 变量化设计
变量化设计采用约束驱动的方式改变有几何约束 和工程约束混合构成的几何模型。变量化设计扩 展了约束的范围，除了包含参数化设计中的结构 约束、尺寸约束，参数约束外，还允许设置工程 约束，例如面积、体积、强度、刚度、运动学、 动力学等限制条件或计算方程，并将这些方程约 束条件与图形中的设计尺寸联系起来。
确定“顺序”一般通过3种方式：
1）随作图过程顺序记录约束，每一次作图操作都对 应着一类约束，所记录的约束顺序反映了完整的 作图过程，参数改变后只需对这个顺序进行再扫 描，根据新参数值，就可以改变整个图形或者局 部图形的大小。
2）按已画好的草图手工指定约束
机械C3A）D 自动识别原有图形隐含的32 约束。
为了明确地表达和构造一个三维形体，在几何 造型系统中,常用两种描述实体的数据结构：
构造实体几何表示法(Constructive Solid Geometry Representation)，简称CSG法；
边界表示法(Boundary Representation)简称B-Rep 法.
机械CAD
12
6.4 特征建模技术
3）定位特征：作为坐标系的参数化控制结果， 生成工作面、工作轴、工作点或者基准坐标系。 这些要素也是参数化的。
基于图像的三维重建
极点被移到了 无穷远点 极线束变成了 一组平行直线
极线和图像坐 标系的横轴平 行
使得水平方向 的图像畸变最 小化
匹配 计算视差
基于窗口的灰度匹配 基于窗口的稀疏点匹配 基于窗口的稠密点匹配
匹配 计算视差
基于窗口的灰度匹配原则
1 4 6
2 7
3 5 8
v1T v2 cos θ = || v1 |||| v2 ||
点云拼接
3-5 点云拼接
① 三维坐标变换 ② 拼接原理 ③ 拼接步骤 ④ 拼接实例
点云拼接
点云拼接
① 三维坐标变换
a1 1 a A = 21 a 31 a 41 a1 2 a 22 a 32 a 42 a1 3 a 23 a33 a 43 a1 4 a 24 a 34 a 44
表示三维图像的坐标变换
a11 R = a21 a 31
a12 a22 a32
a13 a23 a33
产生比例、旋转、 错切等几何变换 产生平移变换
T =[a41 a42 a43]
点云拼接
② 拼接原理
点云拼接
o2 x2 y2 z2
o1 x1 y1 z1
实现
P1与 P2的拼接 与 的拼接
2-3 重建软件
① 3DmeNow
② Canoma
③ PhotoModeler和 和 PhotoModeler Scanner
④ ImageModeler
三维重建的四种主要方式： 三维重建的四种主要方式：
1 2 3 4 基于图像 使用探针或激光读数器逐点获取数据 三维物体的断层扫面 光学三维扫描仪
基于图像重建流程
图像匹配1 图像匹配 摄像机标定 图像校正
基于图像的三维建模技术综述44页PPT
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
基——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
三维设计ppt课件
提供丰富的扩展模块和工具，方 便用户进行定制开发。
03 三维设计应用领域
工业设计
要点一
总结词
三维设计在工业设计中应用广泛，能够将产品外观、结构 、功能等元素进行模拟和展示，提高设计效率和设计质量 。
要点二
详细描述
工业设计中，三维设计软件可以帮助设计师在计算机上构 建产品的外观、结构、功能等元素，并进行模拟和展示。 设计师可以通过对产品的全方位观察和测试，对设计方案 进行及时的调整和优化，提高设计效率和设计质量。同时 ，三维设计还可以为产品的制造和生产提供准确的数字模 型，缩短生产周期，降低生产成本。
02 三维设计软件介绍
AutoCAD
专业的2D绘图和3D建模工具， 广泛应用于机械、建筑、电子等
领域。
支持参数化设计，可以通过约束 进行精确建模。
提供丰富的插件和扩展工具，方 便用户进行定制开发。
SolidWorks
易用的3D设计软件，适合机械 设计领域。
支持基于特征的参数化设计， 方便用户进行模型创建和修改 。
1.谢谢聆 听
虚拟现实技术的应用
总结词
沉浸式体验、交互性、实时性
详细描述
虚拟现实技术是一种模拟真实环境的技术，它可以通过 计算机生成一个虚拟的三维世界，让用户身临其境地感 受其中的环境。在三维设计领域，虚拟现实技术可以为 设计师提供更加真实的模型设计和展示方式。通过虚拟 现实技术，设计师可以更加直观地感受设计的外观和效 果，更好地进行模型的设计和调整。同时，虚拟现实技 术还可以提高设计的交互性和实时性，让设计师能够更 加方便地进行模型的操作和控制。
它涉及对立体、空间 、物体的理解和设计
三维设计的特点
直观性
三维设计能够直观地呈 现立体结构和空间关系 ，使得设计者更容易理 解和操作。
三维动画设计与制作ppt课件
帧和参数。
特效制作
后期合成
添加粒子系统、动力学 模拟等特效，增强视觉
效果。
将各个元素合成到一起， 添加音频、字幕等，形 成完整的三维动画作品。
02
三维动画设计原理与技巧
视觉原理与构图技巧
视觉原理
利用人眼对光线和色彩的 感知，创造立体感和空间 感。
构图技巧
运用对比、重复、对称等 构图方法，增强画面的视 觉冲击力和层次感。
重视模型细节处理
关注模型细节，如边缘、倒角、分模线等， 提升模型真实感。
案例分析：优秀建模作品展示
建筑类 《逆水寒》游戏中的古代建筑，精细 还原了古代建筑的风格和细节。
工业类
汽车设计作品，通过NURBS建模技 术打造出流线型的车身和精致的细节。
角色类
《英雄联盟》中的英雄角色，雕刻建 模技术使得角色面部表情生动、皮肤 质感逼真。
三维动画制作流程简介
01
02
03
前期策划
确定项目目标、受众群体、 内容主题等。
建模
利用三维建模软件创建场 景、角色、道具等三维模 型。
材质贴图
为模型添加材质和贴图， 使其具有真实感。
三维动画制作流程简介
灯光设置
为场景添加灯光，营造 氛围和光影效果。
动画设置
为模型添加骨骼和动画 控制器，设置动画关键
等因素。
肢体语言传达信息
肢体语言是指通过身体动作和姿势来传达信息的一种方式。在动画制作中，肢体语言可 以用于表现角色的行动、情感和意图等。通过合理运用肢体语言，可以使动画更加生动、
形象。
案例分析：成功动画短片分享
案例一
《XXX》动画短片：该短片通过精美的画面和流畅的动作设计，讲述了一个富有感染力的故事。其中，关键帧的 设置和曲线调整使得动画过渡自然、生动，角色表情和肢体语言的设计也充分传达了角色的情感和意图。
特效制作
后期合成
添加粒子系统、动力学 模拟等特效，增强视觉
效果。
将各个元素合成到一起， 添加音频、字幕等，形 成完整的三维动画作品。
02
三维动画设计原理与技巧
视觉原理与构图技巧
视觉原理
利用人眼对光线和色彩的 感知，创造立体感和空间 感。
构图技巧
运用对比、重复、对称等 构图方法，增强画面的视 觉冲击力和层次感。
重视模型细节处理
关注模型细节，如边缘、倒角、分模线等， 提升模型真实感。
案例分析：优秀建模作品展示
建筑类 《逆水寒》游戏中的古代建筑，精细 还原了古代建筑的风格和细节。
工业类
汽车设计作品，通过NURBS建模技 术打造出流线型的车身和精致的细节。
角色类
《英雄联盟》中的英雄角色，雕刻建 模技术使得角色面部表情生动、皮肤 质感逼真。
三维动画制作流程简介
01
02
03
前期策划
确定项目目标、受众群体、 内容主题等。
建模
利用三维建模软件创建场 景、角色、道具等三维模 型。
材质贴图
为模型添加材质和贴图， 使其具有真实感。
三维动画制作流程简介
灯光设置
为场景添加灯光，营造 氛围和光影效果。
动画设置
为模型添加骨骼和动画 控制器，设置动画关键
等因素。
肢体语言传达信息
肢体语言是指通过身体动作和姿势来传达信息的一种方式。在动画制作中，肢体语言可 以用于表现角色的行动、情感和意图等。通过合理运用肢体语言，可以使动画更加生动、
形象。
案例分析：成功动画短片分享
案例一
《XXX》动画短片：该短片通过精美的画面和流畅的动作设计，讲述了一个富有感染力的故事。其中，关键帧的 设置和曲线调整使得动画过渡自然、生动，角色表情和肢体语言的设计也充分传达了角色的情感和意图。
基于图像的三维建模技术综述
1999 基于数据库 交互建模 2004 2006
Blanz Mao Muller
基于人脸数据库 基于人体数据库 基于建筑元素数据库
重庆科技学院
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
交互法 避免建模过程的发散
依赖客户
优点
通用性较高
缺点
依赖交互操作
商业建模软件的核心 Autodesk ImageModeler；Google Sketchup
映射 二维图像点 三维空间点
重庆科技学院
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
1997 基于灭点 与几何约束 1999 2000
Horry Cipolla Criminisi
基于单张相片的漫游 灭点求取相机参数 单目度量技术
只能处理一些比较规则的平面与几何体
重庆科技学院
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
基于复杂信息 直接使用交互的手段，给图像中的像素设置复杂 的深度、法向等信息，从而恢复得到三维模型。 交互建模
重庆科技学院
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
基本分类
基于图像的建模
基于图像的建模能够生成物体精确的三维几何模型， 根据图像采集时对光源是否进行主动控制，基于图像的几 何建模可以分为主动法与被动法2 种。
基于图像的建模
主动法
被动法
重庆科技学院
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
基本分类 主动法
激光扫描法 优点
重庆科技学院
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
1976 Bajesy 傅里叶变换 1990 Brown 等方性纹理重建
存在过约束 实用性较差
1992 Garding 理论联系纹理梯度与表面曲面 谱分析法 1993 2002 2005 Malik Clerc Loh 仿射变换重建 小波分解 仅适用于纹理单元 结构不发生改变
第3章 三维建模技术及相关.ppt
3.1.2 运动建模
❖ 在虚拟环境中物体的特性还将涉及到位置改变、 碰撞、捕获、缩放、表面变形等等，因此仅仅完 成静态三维几何模型的创建对虚拟现实项目来说 还是不够的。运动建模将帮助我们解决这一系列 问题，具体包括：
▪ 对象位置 ▪ 碰撞检测
3.1.3 物理建模
❖ 虚拟对象物理建模包括定义对象的质量、重量、 惯性、表面纹理、硬度、形状改变模式等等，这 些特性与几何建模结合起来形成更加真实的三维 模型。
3.2 虚拟现实建模工具 3ds Max
❖ 目前，用于虚拟现实系统的三维建模软件有许多 种，比较有代表性的是3ds Max、Multigen Createor、Maya及Superscape VRT等。
3.2.1 认识3ds Max
❖3ds Max是美国Autodesk公司推出的功能强大的 三维设计软件，也是当前世界上销量最大的一种 用于三维动画和虚拟现实建模的工具软件。它集 三维建模、材质制作、灯光设定、摄像机使用、 动画设置及渲染输出于一身，提供了三维动画及 静态效果图全面完整的解决方案。
3.2.7 3ds Max中的动画
❖ 3ds Max具有强大的动画制源自功能。它可以制作 基本动画、角色动画、粒子动画、动力学动画、 环境动画、材质动画等。
3.2.7 3ds Max中的动画
❖ 动画制作流程
▪ 良好的构思 ▪ 收集丰富的素材 ▪ 建立场景模型和各种对象模型 ▪ 创建骨骼并为其蒙皮，创建各种表情、动作 ▪ 创建贴图材质、灯光环境效果 ▪ 调节动画，进行细致的动作设置 ▪ 渲染并输出动画文件
3.1.4 对象特征建模
❖ 前面所提到的建模是关于对象几何特征及物理特 性的建模。此外，我们还可以建立与用户输入无 关的对象特征模型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
测控技术与仪器
实现方法
运动法：
基于运动的建模（shape-structure from motion）通过在2 幅或多幅未定标图像中检测匹配的特征点集，使用数值方法， 同时恢复出相机运动参数与场景几何，并得到物体三维模型。
鲁棒性差 精确性差 （窗口形状、大小）
1998
重庆科技学院
Boykov
基于图割的全局优化 （添加平滑性约束）
电气与信息工程学院 测控技术与仪器
亮度法
亮度信息 无手工交互 没有严格的 光照条件要求 灵活性低 建模精度高
优点
缺点
鲁棒性低
全自动
复杂性高
应用于文物数字化、 人脸自动建模
重庆科技学院
电气与信息工程学院
基于立体视觉的建模 由于匹配点的搜索是一个高自由度的问题，简单的搜 索方法极易陷入局部最优，这将极大地影响重建效果。因 此，逆向法主要需解决匹配特征点的高效搜索问题。 搜索的空间由二维降低到一维 图像间极线的对应关系
重庆科技学院 电气与信息工程学院
极线几何约束 图像校正
测控技术与仪器
单点比较
点匹配 窗口比较
重庆科技学院 电气与信息工程学院 测控技术与仪器
1997
Seitz
体素颜色法
2000 1999
Kutulakos Culbertson
空间雕刻法 通用体素颜色法
2003
1998
重庆科技学院
Cheung
Faugeras
搜索空间由三维降至一维
水平集的局部优化
电气与信息工程学院 测控技术与仪器
逆向法
在图像中搜索满足亮度一致性的匹配点，使用立体视觉的 三角测量原理，由这些特征点反算其对应的三维点位置。
Company
LOGO
基于图像的三维建模技术综述
目 录
引言
基本分类
实现方法 应用
总结与展望
重庆科技学院 电气与信息工程学院 测控技术与仪器
引 言
对于计算机而言，其所能够直接获取到的数据源仅为二 维平面图像，相对于真实的三维景物无疑会存在着一定程度 的信息丢失，因此利用二维图像来重建三维物体便不可避免 的成为一个重点问题。在实际工作中采用对同一物体从不同 的角度分别成像，进而对这些数据进行分析、综合来恢复出 被摄物体的三维信息。
电气与信息工程学院 测控技术与仪器
建模速度快
鲁棒性高 复杂性低 效率最高
轮廓法
输入源要求高
优点
缺点
精度低 物体大致的 三维轮廓 与拓扑
通用性好 透明、 纹理欠缺、 特征点较少 的物体的建模
重庆科技学院
应用于人机交互、 运动跟踪
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
实现方法
亮度法：
基于亮度的建模（shape from illumination）通过分析物体 多个视角下图像中亮度特征的一致性关系，恢复出其表面的深 度信息，并得到其三维几何模型。 亮 度 亮 一 Concept 度 致 一 性 致 算 性 对于满足 子 朗伯表面假设 颜色绝对差值算子 的物体，不论光源方向如何， 误差平方和算子 相同的表面点从任何方向观 归一化互相关算子 察都具有同样的亮度 特殊算子（特殊物体）
重庆科技学院 电气与信息工程学院 测控技术与仪器
正向法
对物体所在的三维空间进行均匀采样，将各采样点投影到 所有可见的二维图像中，若其投影满足亮度一致性，则说明该 三维点属于物体表面，将其保留，否则，将其剔除。 基于图像一致性的重建
图像壳（photo hull） （物体的三维采样表示） 三维模型
由于采样点在投影过程中存在的互相遮挡现象会破坏 亮度一致性的判断，因此，正向法主要需解决遮挡问题 。
重庆科技学院
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
基本分类
基于图像的建模
基于图像的建模能够生成物体精确的三维几何模型， 根据图像采集时对光源是否进行主动控制，基于图像的几 何建模可以分为主动法与被动法2 种。
基于图像的建模
主动法
被动法
重庆科技学院
电气与信主动法
激光扫描法 优点
可视壳是所有轮廓图像反 Laurentini 投影到三维空间中形成的 三维锥壳的交集。 Martin 将物体所在的三维空间离散化成 体素，并使用正向试探，剔除投 影在轮廓区域外的体素，从而得 到物体的三维模型。
测控技术与仪器
1994
1983
重庆科技学院
电气与信息工程学院
1993
2002
2003
Szeliski
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
实现方法
轮廓法 运动法 亮度法
明暗法
实现方法
变焦法
纹理法
交互法
重庆科技学院
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
实现方法
轮廓法：
基于轮廓的建模（shape from silhouettes/contours）通 过分析物体多视角下的轮廓图像（contour）或侧影轮廓线 （silhouette），得到物体的三维模型。
重庆科技学院
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
重庆科技学院
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
基本分类 1、传统的三维建模技术
传统的三维建模主要使用基于几何造型的建模方法，由专 业美术人员通过使用几何造型软件（如AutoCAD，3DsMax， Maya等），运用计算机图形学与美术理论，创建出物体的三维 模型。
Tarini Marching Intersection 结构
电气与信息工程学院
Franco
八叉树 数据结构
兼顾速度 与精度
重庆科技学院
测控技术与仪器
2001
Matusik
多边形逼近侧影轮廓线 消除锯齿现象
2000
Snow
背景减除算子实现亮度图像建模
2004 2006
重庆科技学院
Sinha 从未定标图像中生成三维可视壳 Forbes
•
缺点
Text
得到物体 精确的表 面细节特 征
成本很高 •操作不便 •后期处理 •有损处理
•
阴影法
重庆科技学院
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
基本分类 被动法
并不直接控制光源，而通过被动地分析图像中各种特征信 息，逆向地重建出物体的三维模型。
对光照要求低
被动法 Text
技术成熟
成本较低
操作简单
重庆科技学院
重庆科技学院
电气与信息工程学院
测控技术与仪器
基本分类 2、非传统的三维建模技术
三维漫游效果
三维全景漫游是指在由全景图像构建的全景空间里进 行切换，达到浏览各个不同场景的目的。 目前，实现三维全景漫游的技术有两种，一是在三维 全景或地图中添加其他三维全景的链接。第二种方法是采 用计算机视觉技术和计算机图形图像技术，获取全景图像 对应的环境模型，实现全景空间与真实环境的一一映射。