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基于原画的三维建模系统设计与实现

基于原画的三维建模系统设计与实现

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作者：周仕东中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

构建一个精美的三维模型往往由一幅原画开始。原画作品生动描述了模型在场景中的关键造型、姿态、材质和渲染风格。建模工程师正确理解原画设计师的原画表达后,先构建比较容易的低质量细节模型（低模,Low Polygon Model）,再在此基础上... 详细信息

构建一个精美的三维模型往往由一幅原画开始。原画作品生动描述了模型在场景中的关键造型、姿态、材质和渲染风格。建模工程师正确理解原画设计师的原画表达后,先构建比较容易的低质量细节模型（低模,Low Polygon Model）,再在此基础上进行复杂的高质量细节模型（高模,High Polygon Model）的精细雕刻。原画设计和三维建模的成本昂贵,是艺术设计和工程创造的结合。为了得到最符合原画表达的基本构型,往往需要重复多次低模构建的环节。因此,在原画设计和建模过程中加入低模重建自动化技术,打造一个结构化的建模辅助系统,有助于解放在低模构建环节中消耗的重复劳动力,提高建模效率,降低项目成本。本文研究了三维建模低模构建环节中的自动化构建技术和相关软件工程方法、软件实现技术和方法,实现了一套基于原画的三维建模系统CDMRS,由客户端应用系统CDMRSClient和服务端应用系统CDMRS-Server组成。针对基于单幅图像的三维重建,本文基于场景分析与理解的图像语义分析方法和三维几何数学方法,提出并实现了一种三维曲面几何体生成算法,主要流程为:图像特征提取、图像轮廓提取、图像轮廓点插值和抽稀、相机参数标定、三维点云生成、泊松表面重建;针对三维模型的渲染方案,实现了一款精简三维渲染引擎“V-Engine”,提供模型渲染、材质参数变换等基本功能;针对客户端用户界面的显示需求,使用跨平台的Qt界面部件库开发了CDMRS-Client的Windows桌面端版本,并为其他终端操作系统如Mac OS、Linux、i OS、Android等提供兼容支持;针对客户端对数据的存取需求,采用Maria DB关系型数据库、Redis键值对缓存数据库实现了数据服务应用程序;针对客户端与服务端的数据交换需求,以面向服务架构（SOA,ServiceOriented Architecture）的思想和RESTful的接口风格和方式,在服务端实现了使用***框架的后端应用程序和使用***框架的前端应用程序。实验结果表明,利用CDMRS系统可快速实现由原画到三维建模低模构建环节的自动化构建工作。CDMRS系统包含参数可调节的建模算法、可扩展的光照和材质系统、可交互的三维场景操作、实时渲染、可检索的数据读写服务等较完整的软件功能设计,在原画到三维建模业务流程管线中起到重要作用。

关键词：多端应用软件系统原画三维点云生成泊松表面重建三维渲染

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