三维曲面重建课件

三维曲面重建的精确性分析LOREMIPSUMDOLORPreface为什么8号人台与穿服装的8好人台不能完全装配？为什么有限元分析的结果不能定量分析只定性分析？目录CONTENTS01介绍02曲面重建方法03国内外研究现状04研究方向（1）发展（3）精确性（2）重要性三维曲面建模注：三维建模技术是利用计算机系统描述物体形状的技术。如何利用一组数据表示形体，如何控制与处理这些数据，是几何造型中的关键技术。20世纪60年代末线框建模曲线建模20世纪80年代——第二次技术革命实体造型系统20世纪80年代中后期——第三次技术革命特征参数化技术第四次技术革命——变量化技术（1）三维曲面建模发展史（2）三维曲面建模重要性利用有限元法进行分析，首要的任务是根据物理模型(包括几何、材料、荷载、边界条件等)建立离散化的有限元模型，即有限元建模或前置处理。经验表明，有限元建模在整个有限元分析工作量中占70%---80%左右，有限元模型质量的好坏直接关系到分析的成功与失败。现代有限元建模系统大都基于CAD平台，是有限元技术与CAD技术结合的重要环节，在有限元方法实际应用中占有重要的地位。

不同的应用场合，对三维曲面模型的精确度要求往往不同。比如，用于虚拟试衣三维人体模型，一般并不要求模型有多精细、多准确。此类应用往往只需要三维模型的形状能够大致反映人体的轮廓特征，过于精细的模型反而会影响处理的实时性。

在人体压力舒适性有限元分析方面则需要十分精确的三维人体模型，精确程度不同的人体模型往往会对有限元分析的结果产生较大的影响。（2）三维曲面建模精确性曲面重建方法基于建模软件的人体建模基于三维扫描的人体建模基于人体照片信息的人体建模基于三维扫描的人体建模（由它的全部顶点及边的集合描述）优点：用三维数据产生任意视图，视图间投影关系正确；可生成透视图和轴侧图（优于二维系统）；构造模型的数据结构简单，节约资源；易学。缺点：缺少真实感；缺少曲线棱廓，曲面表现困难；不能构成实体，无法识别面与体，不能区别体内与体外，不能进行剖切，不能进行两个面求交，不能自动划分有限元网络等等。01线框建模基于三维扫描的人体建模曲面建模方法主要有三角曲面片逼近法、参数曲面建模三角曲面片逼近法：用多个小三角片表示人体表面来解决表面复杂、形状和边界不规则的人体几何造型问题，简化了三维人体模型的显示、分析和计算。三角曲面片划分的越多，精度就越高，人体表面越平滑。02曲面建模基于三维扫描的人体建模曲面建模方法主要有三角曲面片逼近法、参数曲面建模参数曲面建模：贝塞尔曲面：由控制点及控制多边形生成曲面。控制点位置的移动对其他部分的曲面会产生影响，不具有局部控制的特性。在复杂的人体曲面建模过程中，存在拼接困难的问题。B样条曲面算法：具有独特的局部特性；当顶点分布不均匀时，难以获得理想的曲面。02曲面建模基于三维扫描的人体建模02曲面建模参数化建模参数化（Parametric）造型的主体思想是用几何约束、工程方程与关系来说明产品模型的形状特征，从而达到设计一系列在形状或功能上具有相似性的设计方案。目前参数化技术大致可分为如下三种方法：（1）基于几何约束的数学方法；（2）基于几何原理的人工智能方法；（3）基于特征模型的造型方法。特点：1）零件截面形状复杂时很难将所有尺寸表达出来；2）只有尺寸驱动这一种修改手段，不容易判断曲线走向；3）尺寸驱动的范围有限。如果给出了不合理的尺寸参数，使某特征与其它特征相干涉，则引起拓扑关系的改变。基于三维扫描的人体建模03实体建模（一个全封闭(实体)的三维形体的计算机表示。）优点：具有完整性和无二义性，可表达三维人体实心部分；实体模型提供了人体的几何和拓扑信息，具有局部控制效应，可以实现人体的消隐、真实感人体模型的显示等。缺点：模型的数据量大，计算耗时，对硬件的要求比较高。基于三维扫描的人体建模03实体建模对人体的表达方式：基于体素分解的方式、构造实体几何和多面体建模。基于体素分解的方式：将人体层层分解，表示成一簇基本体素的集合。特点：简单易行；是人体的近似表达，不能反映人体的宏观几何特征；由于体素间的集合运算涉及面与面之间的交运算，再加上计算精度带来的误差等，容易造成体素之间拓扑关系的混乱而出现奇异情况。基于三维扫描的人体建模03实体建模对人体的表达方式：基于体素分解的方式、构造实体几何和多面体建模。多面体建模：该方法首先构造一个多面体，然后对多面体的顶点、边、面进行局部修改而构造出与实体外形相似的多面体，通过类似于磨光处理来生成自由曲面的控制顶点，并用参数曲面进行拟合，拼接成所需的形状。根据设计者的构思，可以灵活地进行人体形状的设计。基于三维扫描的人体建模04物理建模特性：获得真实建模效果，能对人体的动态过程进行有效的描述；采用多微分方程组的形式描述人体动态运动规律；计算复杂。（引入人体自身物理信息，人体所处的外部环境因素及时间变量）国内外研究现状researchstatus0301基于三维扫描技术的三维建模03基于照片信息的三维建模02基于参数化造型技术的三维建模04应用于有限元分析的建模技术05......国内外研究现状基于参数化造型技术的三维建模张宏铭等人运用超椭圆拟合技术，对人体模型横截面轮廓的主要造型曲线及人体特征造型曲线进行研究。以NURBS曲线曲面理论为基础，以NURBS曲面的数学模型为核心，经过造型曲线的特征点选取、NURBS拟合控制点的反算、NURBS人体曲面构造、NURBS人体曲面特征尺寸修改等步骤初步构造了一个基于人体特征尺寸的曲面。基于照片信息的三维建模邓卫燕等人提出面向服装设计的基于用户照片和神经网络的三维个性化人体建模方法。通过基于图像的人体特征区域和特征参数提取得到人体尺寸信息(尺寸、轮廓点和轮廓线);通过基于神经网络的三维人体特征曲线生成得到人体三维截面信息;以三维人体库中搜索的相似三维人体为体形信息载体，通过特征尺寸、曲线驱动相似三维人体变形，融合分治所得信息，快速生成三维个性人体。基于照片信息的三维建模Hilton等人介绍了一种自动建立、识别和变形三维个性化人体模型技术。在该方法中，用一台或多台摄像机从目标人的正面、侧面和背面拍摄一系列多视点的彩色图像。利用基于轮廓重建模型对标准三维人体模型进行形变，以拟合目标人体的模型。由多视点图像获取的彩色纹理映射可以很好地实现逼真的外观。这种方法主要着眼于人体模型的视点外观结果。研究方向direcation05研究方向三维人体建模精确性研究三维人体组织模型建立有限元网格划分对仿真结果的影响研究方向三维人体组织模型建立方法：1、构造几何实体法，规则几何代替复杂的实际形体，单一材料代替复杂材料。特点：粗糙，误差大;2、三维扫描法，不能重建物体内部结构;3、基于CT胶片的手动建模方法，把CT胶片上的每一张图像通过扫描转换为bmp,jpg等计算机可识别的图像格式，在图像处理软件中人工准确对位，这种方法转换过程中容易丢失很多信息，并且对位不准确会直接影响有限元模型的精确性;4、利用医学三维重建软件，例如Mimics，这种方法建立的有限元模型可以准确地描述实体的外部形态和内部结构特征，模型更