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《华中科技大学》 2010年
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三维物体建模和场景构造技术研究

陆济湘  
【摘要】:三维物体建模和场景构造是当前研究的一个热点问题。它在虚拟现实、游戏设计、数字化城市、虚拟漫游、地理信息系统(GIS)和计算机辅助设计(CAD)等方面都有重要应用。在游戏设计中,需要把美工在3ds max软件生成的游戏场景和人物用网格数据来保存,CAD系统中要建模许多物体,生成G代码来驱动数控机床。在GIS系统中,要建模地形的三维数据。在虚拟现实和游戏中,要构造场景图,而场景图中的三维物体都是由多边形集合或者样条曲面构造的,游戏中的人物行走的路径也可以设计为样条曲线,在动画中,对各种形体的变形实际上也是样条曲面的变形。因此研究三维物体的表示和建模以及三维场景的构造具有十分重要的意义。 本文对物体的建模提供了一些方法,开发了一个场景构造的平台和一个相贯线软件开发的平台。具体研究内容包括: 对于多边形网格建模,设计了一个高效的数据结构来对三维形体的数据进行保存和绘制。设计了网格数据结构Mesh类,它包含顶点集合,面集合和法向量集合,提出了相应的算法来生成这三个集合,提供了绘制Mesh类的方法。对于多边形网格建模,自由曲面建模和构造实体几何(CSG)建模提出了统一的数据结构和网格文件以及场景构造语言、统一的场景类设计和实现方案,提供了建模各种物体的具体算法。提出了一种交互式的从图片中提取轮廓线重建三维形体的方法,设计了拉伸形体,旋转形体,光滑曲面,直纹面和双变量显式函数曲面的构造算法,并将其写入文件中,便于在场景构造语言中利用它们来构造场景。对激光扫描仪产生的数据进行重建,提出了一种基于散乱点的重建算法。 对多关节机械臂式三维坐标采集系统中使用的空间坐标模型和参数标定方法进行了研究。建立了多关节机械臂式三维坐标测量机构的坐标模型,讨论了模型中各系统参数的标定问题,在研究基于最小二乘法的标定方法之后提出了一种基于遗传算法的标定方法。 对于样条曲面建模,包括Bezier曲面和B样条曲面,通过直纹面和旋转曲面来构造物体,通过移动控制点来改变曲面形状。同样使用前面介绍的数据结构Mesh类,构造顶点、面和法向量集合,并进行绘制。也可以将其写入文件中,便于在场景构造语言中利用它们来构造场景。 对于构造实体几何(CSG)建模,通过场景构造语言、布尔操作和光线跟踪技术来实现复合形体的建模。使用了光线跟踪算法,并设计了光线跟踪的类和布尔操作的类。使用场景构造语言来绘制CSG形体。为了提高光线跟踪速度,采用了构建包围盒来加速光线跟踪。 设计了场景构造的各种类和场景构造语言。提供的场景类和场景构造语言能够读取3ds max、虚拟现实语言(vrml)和网格文件。使用场景构造语言可以将这些文件组合到一起,并能提供渲染。利用场景构造语言开发了一个场景构造的平台。通过它可以向场景中添加三维形体,进行变换和渲染,并写入场景文件来保存。开发了一个相贯线的软件平台。讲述了实现相贯线软件的关键技术和核心类。通过改变参数,可以看到二维和三维图形,切割仿真的图形以及生成G代码来驱动数控机床。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
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1 刘保卫;;虚拟现实场景的建模特点及生成效果[J];计算机工程与应用;2014年05期
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【参考文献】
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5 韩秀丽;毋立芳;郭江;杨鹏;;基于二消失点的相机自标定方法[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
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7 蒙印;;单像片建筑物高度信息提取[A];中国测绘学会2006年学术年会论文集[C];2006年
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9 何平安;郭定一;张明建;万来毅;龚辉;林介帮;;基于图像处理的钢坯侧面形状检测系统[A];中国测绘学会第九次全国会员代表大会暨学会成立50周年纪念大会论文集[C];2009年
10 蒙印;;单像片建筑物高度信息提取[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
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3 刘翠;水声图像阈值分割及智能优化算法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 肖哲锋;三元整体叶轮数控加工刀位规划与仿真[D];大连理工大学;2010年
5 朱琳琳;求解约束优化问题的两个非线性Lagrange函数[D];辽宁师范大学;2010年
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8 盛大宁;IMRT逆向计划中的混合多目标梯度算法研究[D];合肥工业大学;2010年
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1 王志宏;郑娇;;大台沟铁矿的成因及找矿标志[J];辽宁科技大学学报;2010年04期
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6 王占海;翟庆刚;;DELMIA人机工程在飞机虚拟维修中的应用[J];长沙航空职业技术学院学报;2009年04期
7 沈其韩,耿元生,杨崇辉,王新社,吴春明;我国早前寒武纪地层研究的主要新进展[J];地层学杂志;2004年04期
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9 李雷;崔钢;陈桂琴;;飞机数字化装配技术的研究[J];电脑知识与技术;2010年13期
10 于庆文,李超岭,张克信,杨东来,朱云海,葛梦春;数字地质填图研究现状与发展趋势[J];地球科学;2003年04期
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1 陈阳平;基于数字样机的直升机协同设计研究与应用[D];南京航空航天大学;2010年
2 刘楚辉;飞机机身数字化对接装配中的翼身交点加工关键技术研究[D];浙江大学;2011年
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1 江万寿;航空影像多视匹配与规则建筑物自动提取方法研究[D];武汉大学;2004年
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3 葛宝臻,罗文国,吕且妮,赵慧影,张以谟;数字再现三维物体菲涅耳计算全息的研究[J];光电子·激光;2002年12期
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6 薇言;3D打印将带来什么[N];中华读书报;2013年
7 新月;购车选颜色有讲究[N];中国消费者报;2001年
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