三維物體建模和場(chǎng)景構(gòu)造技術(shù)研究.pdf

1、三維物體建模和場(chǎng)景構(gòu)造是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。它在虛擬現(xiàn)實(shí)、游戲設(shè)計(jì)、數(shù)字化城市、虛擬漫游、地理信息系統(tǒng)（GIS）和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）等方面都有重要應(yīng)用。在游戲設(shè)計(jì)中，需要把美工在3ds max軟件生成的游戲場(chǎng)景和人物用網(wǎng)格數(shù)據(jù)來(lái)保存，CAD系統(tǒng)中要建模許多物體，生成G代碼來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。在GIS系統(tǒng)中，要建模地形的三維數(shù)據(jù)。在虛擬現(xiàn)實(shí)和游戲中，要構(gòu)造場(chǎng)景圖，而場(chǎng)景圖中的三維物體都是由多邊形集合或者樣條曲面構(gòu)造的，游戲中的人物行

2、走的路徑也可以設(shè)計(jì)為樣條曲線，在動(dòng)畫中，對(duì)各種形體的變形實(shí)際上也是樣條曲面的變形。因此研究三維物體的表示和建模以及三維場(chǎng)景的構(gòu)造具有十分重要的意義。
　　 本文對(duì)物體的建模提供了一些方法，開(kāi)發(fā)了一個(gè)場(chǎng)景構(gòu)造的平臺(tái)和一個(gè)相貫線軟件開(kāi)發(fā)的平臺(tái)。具體研究?jī)?nèi)容包括：
　　 對(duì)于多邊形網(wǎng)格建模，設(shè)計(jì)了一個(gè)高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)三維形體的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和繪制。設(shè)計(jì)了網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Mesh類，它包含頂點(diǎn)集合，面集合和法向量集合，提出了相應(yīng)的算

3、法來(lái)生成這三個(gè)集合，提供了繪制Mesh類的方法。對(duì)于多邊形網(wǎng)格建模，自由曲面建模和構(gòu)造實(shí)體幾何（CSG）建模提出了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格文件以及場(chǎng)景構(gòu)造語(yǔ)言、統(tǒng)一的場(chǎng)景類設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案，提供了建模各種物體的具體算法。提出了一種交互式的從圖片中提取輪廓線重建三維形體的方法，設(shè)計(jì)了拉伸形體，旋轉(zhuǎn)形體，光滑曲面，直紋面和雙變量顯式函數(shù)曲面的構(gòu)造算法，并將其寫入文件中，便于在場(chǎng)景構(gòu)造語(yǔ)言中利用它們來(lái)構(gòu)造場(chǎng)景。對(duì)激光掃描儀產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，提出了

4、一種基于散亂點(diǎn)的重建算法。
　　 對(duì)多關(guān)節(jié)機(jī)械臂式三維坐標(biāo)采集系統(tǒng)中使用的空間坐標(biāo)模型和參數(shù)標(biāo)定方法進(jìn)行了研究。建立了多關(guān)節(jié)機(jī)械臂式三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)模型，討論了模型中各系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定問(wèn)題，在研究基于最小二乘法的標(biāo)定方法之后提出了一種基于遺傳算法的標(biāo)定方法。
　　 對(duì)于樣條曲面建模，包括Bezier曲面和B樣條曲面，通過(guò)直紋面和旋轉(zhuǎn)曲面來(lái)構(gòu)造物體，通過(guò)移動(dòng)控制點(diǎn)來(lái)改變曲面形狀。同樣使用前面介紹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Mesh類，構(gòu)

5、造頂點(diǎn)、面和法向量集合，并進(jìn)行繪制。也可以將其寫入文件中，便于在場(chǎng)景構(gòu)造語(yǔ)言中利用它們來(lái)構(gòu)造場(chǎng)景。
　　 對(duì)于構(gòu)造實(shí)體幾何（CSG）建模，通過(guò)場(chǎng)景構(gòu)造語(yǔ)言、布爾操作和光線跟蹤技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合形體的建模。使用了光線跟蹤算法，并設(shè)計(jì)了光線跟蹤的類和布爾操作的類。使用場(chǎng)景構(gòu)造語(yǔ)言來(lái)繪制CSG形體。為了提高光線跟蹤速度，采用了構(gòu)建包圍盒來(lái)加速光線跟蹤。
　　 設(shè)計(jì)了場(chǎng)景構(gòu)造的各種類和場(chǎng)景構(gòu)造語(yǔ)言。提供的場(chǎng)景類和場(chǎng)景構(gòu)造語(yǔ)言能夠讀取