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3D掃描講解:開(kāi)發(fā)人員可采用的五個(gè)基本步驟

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責(zé)任編輯:駱駝祥子
時(shí)間:2016-05-10 17:04

[導(dǎo)讀]當(dāng)今世界,為物體和數(shù)據(jù)建立3D模型的表現(xiàn)方式是大受追捧的手段,并被廣泛應(yīng)用在制造業(yè)、數(shù)據(jù)可視化、醫(yī)學(xué)和娛樂(lè)等方面。但這些模型從何而來(lái)?一種常見(jiàn)的來(lái)源是高級(jí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)

3d掃描儀
當(dāng)今世界,為物體和數(shù)據(jù)建立3D模型的表現(xiàn)方式是大受追捧的手段,并被廣泛應(yīng)用在制造業(yè)、數(shù)據(jù)可視化、醫(yī)學(xué)和娛樂(lè)等方面。但這些模型從何而來(lái)?一種常見(jiàn)的來(lái)源是高級(jí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ACAD)軟件,該軟件可通過(guò)切割和連接材料的虛擬塊來(lái)創(chuàng)建3D物體。另一種常見(jiàn)的來(lái)源,同樣也是DLP技術(shù)可以輕松方便實(shí)現(xiàn)的,是通過(guò)3D掃描儀。3D掃描儀能使用一個(gè)或多個(gè)傳感器以及附加的組件來(lái)記錄和存儲(chǔ)有關(guān)物體表面的信息。這些信息可包括物體表面的空間位置、質(zhì)地、反射率、透射率,還可能包括顏色。高品質(zhì)的掃描儀能快速提供多種物體的精確測(cè)量值,并且有著高分辨率及低創(chuàng)性;此類掃描儀易于使用,同時(shí)極具成本效益。DLP技術(shù)可用于實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)掃描儀。
    那么,3D掃描到底是如何進(jìn)行的?以下有供參考的五個(gè)基本步驟:
  1. 采集(Acquisition):物體的屬性是通過(guò)傳感器及其它元件測(cè)定的,測(cè)量值被存儲(chǔ)起來(lái)供之后的處理。采集過(guò)程通常從各種角度、分多個(gè)階段實(shí)施,以確保所有相關(guān)細(xì)節(jié)信息都能被捕獲。
  2. 記錄(Registration):從各個(gè)采集階段獲取的數(shù)據(jù)集會(huì)在一致的參考幀內(nèi)被參考和校準(zhǔn),在測(cè)量值集之間建立聯(lián)系,這有助于將測(cè)量值融入緊密結(jié)合的模型中。
  3. 泛化(Generalization):在采集階段,測(cè)量連續(xù)表面上的每個(gè)點(diǎn)是不太實(shí)際的,所以,測(cè)量數(shù)據(jù)是離散或非連續(xù)的。為建立連續(xù)表面的模型,若干算法已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái),旨在正確地詮釋測(cè)量值,并在數(shù)據(jù)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)表面外插或填充。
  4. 融合(Fusion):來(lái)自多個(gè)階段的測(cè)量值被組合成單個(gè)物體。該步驟可在泛化處理之前或之后實(shí)施。對(duì)步驟3、步驟4和步驟5進(jìn)行若干次迭代是必需的,以便產(chǎn)生一個(gè)精確的模型。
  5. 優(yōu)化(Optimization):要在目標(biāo)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)最佳使用效果,可重新格式化該模型。
  如果每單位面積的測(cè)量值(即采樣密度)很多并可迅速獲得,那么3D掃描過(guò)程就能十分高效地運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),我們常采用主動(dòng)三角測(cè)量法,例如使用Kinect。已知方向和位置的光源投射出帶有圖形的光,以展示所需的物體細(xì)節(jié)。已知位置和方向的攝像頭則可拍攝該圖形的影像。然后用三角測(cè)量法來(lái)定位空間中圖案的每個(gè)點(diǎn),從而產(chǎn)生物體表面的一系列網(wǎng)格點(diǎn)。如果可在非常短的時(shí)間內(nèi)顯示許多不同的高分辨率圖案,那么一個(gè)高度精確的3D模型將會(huì)被生成。
  這一點(diǎn)上,DLP技術(shù)可提供差異化的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)包括:
  1. 小型數(shù)字微鏡器件(DMD)像素大小能產(chǎn)生對(duì)高光強(qiáng)度的分辨率,可實(shí)現(xiàn)卓越性能。
  2. 當(dāng)與不同顏色的光源耦合使用時(shí),物體顏色對(duì)采集過(guò)程的影響會(huì)被最大限度地減小,并可迅速獲得色彩編碼的數(shù)據(jù)。
  3. DLP系統(tǒng)的幀速率很高,每秒可產(chǎn)生多達(dá)32,500個(gè)圖形,從而能實(shí)現(xiàn)高采集速度并允許快速和精確的系統(tǒng)校準(zhǔn)。
  4. 可在一個(gè)或僅僅幾幀內(nèi)改變圖形類型、顏色和分辨率,以便快速提供許多不同的測(cè)量值——這些測(cè)量值能帶來(lái)高精確度和細(xì)節(jié)信息。

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