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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 實(shí)物激光內(nèi)雕數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理軟件
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 隨著人們?cè)谏a(chǎn)生活中對(duì)三維面形數(shù)字化的迫切要求，各種實(shí)現(xiàn)三維面形輸出的軟件和硬件也在不斷地開(kāi)發(fā)與完善之中。本作品的主要任務(wù)就是采用自主研發(fā)的高速三維掃描系統(tǒng)完成動(dòng)態(tài)實(shí)物的掃描，并且實(shí)現(xiàn)三維面形的重構(gòu)，最后得到實(shí)物內(nèi)雕輸出。本作品采用了兩種方法：Crust算法和Ball-Pivoting算法實(shí)現(xiàn)三維面形的重構(gòu)。
- 詳細(xì)介紹：
- 目前，激光三維內(nèi)雕技術(shù)已相當(dāng)成熟并形成了相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，如我省的浦江水晶內(nèi)雕產(chǎn)業(yè)。但基本上所有的內(nèi)雕工藝品都是以三維建模數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的，動(dòng)態(tài)真實(shí)物體比如人像的內(nèi)雕目前國(guó)內(nèi)還比較少見(jiàn)。研究動(dòng)態(tài)真實(shí)物體水晶內(nèi)雕數(shù)據(jù)采集及處理技術(shù)將促進(jìn)水晶內(nèi)雕技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。 發(fā)明目的 1.實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)物三維數(shù)據(jù)及紋理的快速高密度獲取。 2.實(shí)現(xiàn)散亂實(shí)物點(diǎn)云的面片重構(gòu)。 3.實(shí)物水晶內(nèi)雕三維顯示。 基本思路 作品以動(dòng)態(tài)實(shí)物數(shù)據(jù)的快速采集為首要目標(biāo)，利用正弦光柵投影高速三維數(shù)字化儀得到實(shí)物三維面形的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)自主開(kāi)發(fā)軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)物的三維重構(gòu)，從而將真實(shí)的物體內(nèi)雕于水晶中。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具體可以分為幾個(gè)步驟： 1．利用高速、高分辨率三維測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)物三維數(shù)據(jù)采集。 2.將所得點(diǎn)云進(jìn)行三維表面重構(gòu)與三角面片輸出。 3.進(jìn)行水晶內(nèi)雕與其三維場(chǎng)景表現(xiàn)的研究與改進(jìn)。 技術(shù)關(guān)鍵 1.動(dòng)態(tài)實(shí)物高速三維測(cè)量的實(shí)現(xiàn)。 2.散亂點(diǎn)云的表面重構(gòu)與建模。 主要技術(shù)指標(biāo) 一、高速、高分辨率三維測(cè)量系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)： 1.在1/60秒的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)實(shí)物點(diǎn)云的采集。 2.一次掃描可獲得640×480點(diǎn)的3D像素。 3.系統(tǒng)的測(cè)量體積為200mm×300mm×150mm。 4.X和Y軸的空間分辨率是0.2mm，Z軸的空間分辨率是0.15mm。 二、散亂點(diǎn)云重構(gòu)軟件的主要技術(shù)指標(biāo)： 1.程序安裝包10.4M。 2.在3min內(nèi)重構(gòu)10,000點(diǎn)云。 3.最大可處理2,000,000點(diǎn)云。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 1.提出相移正弦條紋加三灰度級(jí)空間編碼圖案的方法進(jìn)行高速、高分辨率物體三維形貌和紋理測(cè)量。 2.根據(jù)DLP投影儀特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行改裝，實(shí)現(xiàn)高速投影。搭建了高速測(cè)量系統(tǒng)。 3.利用Boll-Pivoting算法和Crust算法實(shí)現(xiàn)散亂點(diǎn)云的三維表面重構(gòu)。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 市場(chǎng)上基本上所有的內(nèi)雕工藝品都是以三維建模數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的，動(dòng)態(tài)真實(shí)物體比如人像的內(nèi)雕目前國(guó)內(nèi)還比較少見(jiàn)。研究動(dòng)態(tài)真實(shí)物體水晶內(nèi)雕數(shù)據(jù)采集及處理技術(shù)將促進(jìn)水晶內(nèi)雕技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。 發(fā)明目的 1.實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)物三維數(shù)據(jù)及紋理的快速高密度獲取。 2.實(shí)現(xiàn)散亂實(shí)物點(diǎn)云的面片重構(gòu)。 3.實(shí)物水晶內(nèi)雕三維顯示。 基本思路 1．利用高速、高分辨率三維測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)物三維數(shù)據(jù)采集。 2.將所得點(diǎn)云進(jìn)行三維表面重構(gòu)與三角面片輸出。 3.進(jìn)行水晶內(nèi)雕與其三維場(chǎng)景表現(xiàn)的研究與改進(jìn)。 技術(shù)關(guān)鍵 1.動(dòng)態(tài)實(shí)物高速三維測(cè)量的實(shí)現(xiàn)。 2.散亂點(diǎn)云的表面重構(gòu)與建模。 主要技術(shù)指標(biāo) 一、高速、高分辨率三維測(cè)量系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)： 1.在1/60秒的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)實(shí)物點(diǎn)云的采集。 2.一次掃描可獲得640×480點(diǎn)的3D像素。 3.系統(tǒng)的測(cè)量體積為200mm×300mm×150mm。 4.X和Y軸的空間分辨率是0.2mm，Z軸的空間分辨率是0.15mm。 二、散亂點(diǎn)云重構(gòu)軟件的主要技術(shù)指標(biāo)： 1.程序安裝包10.4M。 2.在3min內(nèi)重構(gòu)10,000點(diǎn)云。 3.最大可處理2,000,000點(diǎn)云。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 1.提出相移正弦條紋加三灰度級(jí)空間編碼圖案的方法進(jìn)行高速、高分辨率物體三維形貌和紋理測(cè)量。 2.根據(jù)DLP投影儀特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行改裝，實(shí)現(xiàn)高速投影。搭建了高速測(cè)量系統(tǒng)。 3.利用Boll-Pivoting算法和Crust算法實(shí)現(xiàn)散亂點(diǎn)云的三維表面重構(gòu)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品的目的是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)物的三維內(nèi)雕輸出。目前，國(guó)際上日、美、德、加拿大等國(guó)已經(jīng)推出不少商業(yè)化的測(cè)量漫反射靜態(tài)物體三維面形的光柵投影測(cè)量系統(tǒng)[1]。 本作品的創(chuàng)新點(diǎn)就在于實(shí)現(xiàn)高速三維數(shù)據(jù)的采集。實(shí)現(xiàn)高速測(cè)量主要有兩類(lèi)方法。一類(lèi)是投影一幅正弦條紋，采用傅立葉變換法[5,6]、小波變換法或其它分析方法求解變形條紋的相位。這方面研究的較新進(jìn)展是Su[7]提出的將二值編碼、正弦光柵和顏色結(jié)合到一幅圖案中，采用傅立葉變換求解正弦條紋相位，并利用顏色和二值編碼確定條紋級(jí)次，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)絕對(duì)相位測(cè)量。另一類(lèi)方法是投影多幅正弦條紋，采用相移法求解變形條紋相位。這方面的研究主要有：Huang[8]等提出的用顏色將三幅有相移的正弦光柵編碼到一幅彩色圖案中，利用相移法求解相位；陳[9]等提出的用顏色編碼兩幅?相移的正弦光柵，利用傅立葉變換法求解相位（?相移FTP）。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 作品榮獲浙江師范大學(xué)第四屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)購(gòu)買(mǎi)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 實(shí)物、產(chǎn)品 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片
同類(lèi)課題研究水平概述
- 國(guó)際上日、美、德、加拿大等國(guó)已經(jīng)推出不少商業(yè)化的測(cè)量漫反射靜態(tài)物體三維面形的光柵投影測(cè)量系統(tǒng)[1]。目前國(guó)際上實(shí)驗(yàn)室中研究較多的是高分辨率、實(shí)時(shí)三維測(cè)量方法[2，3]。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、四川大學(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)等也做了比較深入的研究[4]。但商業(yè)化的測(cè)量與轉(zhuǎn)化技術(shù)少見(jiàn)報(bào)道。 光學(xué)三維面形數(shù)字化儀的應(yīng)用領(lǐng)域正在擴(kuò)大，它將在工業(yè)環(huán)境中的尺寸和形位參數(shù)的檢測(cè)[5]；虛擬現(xiàn)實(shí)[6]、影視特技[7]中的三維姿態(tài)檢測(cè)、三維數(shù)據(jù)輸入；醫(yī)學(xué)整形和美容[8-12]；逆向工程[13,14]；工業(yè)產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制[15,16]；文物保護(hù)；網(wǎng)絡(luò)營(yíng)銷(xiāo)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 在三維數(shù)據(jù)處理方面，由美國(guó)開(kāi)發(fā)的同類(lèi)軟件Geomagic Studio已經(jīng)可以完成數(shù)據(jù)的處理；由英國(guó)的DELCAM公司出品的專(zhuān)用三坐標(biāo)測(cè)量軟件PowerINSPECT，輸出的數(shù)據(jù)可以為絕大部分通用的CAD／CAM軟件所接受。這些國(guó)外的軟件價(jià)格偏高、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)等特點(diǎn)。此外，其軟件配套的儀器也需要對(duì)應(yīng)購(gòu)置，價(jià)格高，售后服務(wù)也不能較好跟進(jìn)。因此國(guó)內(nèi)許多小型萌芽企業(yè)暫無(wú)使用現(xiàn)有的國(guó)外技術(shù)能力。自主研發(fā)相應(yīng)儀器的配套軟件，將大大降低成本，更好地開(kāi)拓內(nèi)地市場(chǎng)，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，也適合浙江中小型企業(yè)的發(fā)展要求。 本項(xiàng)目在成功獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)輸出為工程數(shù)據(jù)文件。架起了連接直接測(cè)量的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與工業(yè)輸出處理數(shù)據(jù)之間的關(guān)鍵橋梁，為國(guó)內(nèi)自主研發(fā)相關(guān)技術(shù)軟件做出貢獻(xiàn)。
