三种数字建模方法

模块化技术是虚拟现实技术的核心和难点之一. 当前，有三种主要的实现方法.

虚拟现实是在虚拟数字空间中模拟现实世界，这需要在数字空间中表示现实世界的事物，这催生了虚拟现实中的建模技术. 虚拟现实并不像“虚拟”现实. 它与建模技术密切相关. 因此，建模技术的研究具有重要的意义，受到了研究者的重视.

数字空间中的信息主要为一维三维数字建模，二维和三维形式. 一维信息主要是指文本，通过现有的键盘，输入法等软硬件实现. 二维信息主要是指平面图像，用于通过相机，扫描仪和PhotoShop进行图像采集和处理的软件和硬件. 对于虚拟现实技术而言三维数字建模，事物的三维建模是需要更多关注的核心，并且它也是当今的一项困难技术. 根据使用方法的不同，现有的建模技术可以分为几何建模，扫描设备，基于图像的建模等几种方法.

基于几何建模的建模技术

基于几何建模的建模技术是人员使用软件（例如AutoCAD，3dsmax，Maya）等工具，通过使用计算机图形学和美术知识来构建对象的三维模型，这是有点像画家的油漆. 建模主要有三种类型: 线框模型，表面模型和实体模型.

1. 线框模型仅具有“线”的概念，使用一些顶点和边缘来表示对象. 对于更注重结构信息的房屋，零件设计等，以及不需要高显示效果的计算机辅助设计（CAD）应用程序，线框模型因其简单易用而被广泛使用. AutoCAD软件是更好的建模工具. 但是，该方法难以表达物体的受到限制.

2. 与线框模型相比，曲面模型引入了“面”的概念. 对于大多数应用程序，用户仅限于“可见”级别. 对于可见物体的表面，用户关注，而对于不可见物体的内部，用户不在乎. 因此，表面模型可以通过使用一些参数化的贴片来近似真实物体的表面来近似真实物体的外观. 这种方法以其极佳的视觉效果而被广泛用于电影，游戏和其他行业，也是我们最常使用的方法. 3dsmax和Maya等工具在这方有出色的性能.

3. 与表面模型相比，实体模型引入了“物体”的概念. 在构造对象的表面时，它会深入对象中以形成对象的“身体模型”. 这种建模方法适用于医学成像和科学数据可视化等应用.

使用三维扫描仪

从理论上讲，对于任何应用场合，只要有方便的建模工具，熟练的建模人员都可以使用几何建模技术来达到良好的效果. 但是，随着技术的发展，人们一直希望机器可以帮助人们做更多的事情. 结果，人们发明了一些专门用于建模的自动工具设备，称为3D扫描仪. 它可以自动建立物体的三维模型，并且精度很高，主要用于场合，当然它的价格也很“”，一套三维扫描仪很容易成千上万价格，不是普通用户买得起. 三维扫描仪分为接触式和非接触式.

1. 接触式3D扫描仪要求扫描仪接触要扫描的对象. 它主要使用压电传感器来捕获物体的表面信息. 这种设备稍微便宜一些，但使用起来不方便，不再是主流.

2. 非接触式3D扫描仪可以捕获物体表面上的3D信息，而无需接触扫描的物体. 根据所用传感器的不同，超声波，电磁，光学等类型很多. 其中，光学方法具有结构简单，精度高，工作范围大的优点，已得到广泛应用. 激光扫描仪和结构化光扫描仪技术是当今更加主流的方向，扫描结果可以达到很高的精度.

通常使用3D扫描仪是因为它们具有高精度的优点，但是由于传感器容易受到噪声干扰，因此还需要进行一些的后期处理，例如: 删除分散的点，点云的网格化，模型孔填充，模型简化等.

基于图像的建模技术

尽管的3D扫描仪可以弥补需要大量手动操作的几何建模麻烦，并且可以实现很高的建模精度，但是其昂贵的设备成本和的操作步骤却使其无法获得非常好的效果，并且只能获得物体表面的几何信息以及表面纹理仍然无法自动获得. 针对这些问题，计算机领域的专家将最近开发的计算机图形学和计算机视觉知识相结合，以实现基于图像的建模技术（ImageBasedModeling）. 这项技术只需要使用普通的数码相机拍摄物体即可. 可以准确地重建各种角度的照片，以获得物体的精确三维模型. 通过在图像中使用不同的信息，该技术可以分为以下几类:

1. 使用纹理信息: 此方法在多个图像中搜索相似的纹理特征区域，并重建对象的三维特征点云. 可以得到精度更高的模型，但纹理特征更容易提取出来的规则对象（如建筑物）效果好，不规则对象的建模效果不理想.

2. 使用轮廓信息: 此方法通过分析图像中对象的轮廓信息来自动获得对象的三维模型. 该方法更鲁棒，但是由于从轮廓恢复对象的完整表面几何信息是一种疾病，因此无法以较高的准确度获得疾病问题，尤其是对于对象表面有凹陷的细节，因为它们无法反映在疾病中. 轮廓，它们将在3D模型中丢失. 这种方法更适合对准确性要求不高的场合，例如游戏和人体工程学.

3. 使用颜色信息: 此方法基于Lambertian漫反射模型理论，该模型假定对象的各个表面点的颜色在所有视角上基本相同. 因此，基于多个图像的颜色的一致信息，重建对象的三维模型. 该方法具有很高的精度，但是由于物体的表面颜色对环境非常敏感，因此这些方法对收集环境的照明要求更高. 粘性也会受到影响.

4. 使用阴影信息: 此方法通过分析照明下对象生成的阴影来执行三维建模. 可以得到精度更高的三维模型. 但是对照明的要求比较严格，不利于实际使用.

5. 使用照明信息: 此方法将近距离的强光照射到对象上. 通过分析物体表面的光反射强度分布，使用双向反射分布函数等模型，分析物体的表面法线，以此方式获得物体的三维点和表面信息获得表面. 该方法建模精度高，对于纹理和颜色信息（如瓷器，玉石）等其他方法无法处理的情况非常有效，但获取过程繁琐且鲁棒性不高.

6. 多种类型信息的混合使用: 此方法综合使用对象表面的轮廓，颜色和阴影等信息，从而提高了建模的准确性. 但是，多种类型信息的融合和使用更加困难，系统鲁棒性问题根本无法解决.

尽管基于图像的全自动建模系统尚未达到实用水平；但是，在这方面已经出现了一些的成熟软件工具.

基于图像的建模技术是当今虚拟现实建模技术研究的热点，也是未来几年研究的重点. 它可以大大降低虚拟现实中建模的门槛和成本. 尽管仍有一些技术门槛需要克服，但我相信，在几年内，使用基于图像的建模技术的产品可以达到实用水平. 那时，只要使用普通的数码相机，就可以拍照. “三维模型，可以使用自己的三维模型制作电影和玩游戏……想想这会多么令人兴奋. ！

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/tongxinshuyu/article-182546-1.html