CN116580159B - 基于静态扫描的三维建模系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三维建模技术领域，且公开了基于静态扫描的三维建模系统，包括：数据采集模块、特征提取模块、数据预处理模块、关联匹配模块以及三维模型建立模块；数据采集模块，用于对需要建模物体的数据进行获取采集；特征提取模块，用于对采集到数据中的特征进行提取；数据预处理模块，用于对采集到的数据进行预先处理。在对目标物体进行扫描的时候，能够根据目标物体的大小、扫描空间的大小、外界环境光强度以及扫描设备与目标物体之间的三轴相对偏角，来自动的设定扫描设备的扫描参数，从而能够使设定的扫描参数更加的适配当前扫描环境的要求，进而能够使获取到的数据更加的准确，使后续构建出来的三维模型更加贴合实际的目标物体。
Description
技术领域
本发明涉及三维建模技术领域，更具体的公开了基于静态扫描的三维建模系统。
背景技术
传统的三维建模通过人工测量目标物体的相应尺寸后，通过三维建模软件来对目标的模型进行手动建模，这样不仅容易导致建立出来的模型与目标物体之间存在较大的偏差，而且较为耗费人力和物力。而随着现代电子科技的快速发展，基于静态扫描的三维建模技术解决了传统三维建模的缺陷，其通过扫描设备对目标物体进行扫描后，再将扫描后的数据发送到计算机中，通过计算机的计算、渲染等操作，从而可以将目标物体的三维模型构建出来，这样构建出来的三维模型准确度较高，并且构建速度更快。
但现有的基于静态扫描的三维建模系统，其在对目标物体进行扫描建模的过程中，扫描设备的扫描参数需要操作人员根据需要进行手动输入设定，容易导致输入的参数与当前环境并不相适应，从而导致后续构建出来的三维模型存在锯齿、模糊、覆叠、光斑等问题。另外，现有的基于静态扫描的三维建模系统在对目标物体数据进行采集后，其对数据的处理和特征的提取同步进行，为了不影响建模的速度和效率，这样就需要系统具有较高的性能，从而导致整个系统的耗费成本更高，不利于大范围的推广使用。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供基于静态扫描的三维建模系统，能够解决现有的基于静态扫描的三维建模系统参数设定无法根据扫描环境自动设定适配和对数据的处理和特征的提取同步进行，对系统性能要求较高的问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，更具体的说是基于静态扫描的三维建模系统，包括：数据采集模块、特征提取模块、数据预处理模块、关联匹配模块以及三维模型建立模块；
数据采集模块，用于对需要建模物体的数据进行获取采集，其包括：参数设定模块、坐标系建立模块、扫描获取模块、环境光检测模块以及偏角检测模块；
参数设定模块，用于根据三维坐标系获取到的目标物体和扫描空间的数据以及环境光检测模块和偏角检测模块获取到的数据来自动的设定扫描的速度和光强；
坐标系建立模块，用于在扫描空间中建立三维坐标系，根据建立的三维坐标系能够获取到目标物体上各个点的三维坐标以及目标物体和扫描空间的长宽高数据；
扫描获取模块，用于根据参数设定模块自动设定的扫描速度和光强来对目标物体进行扫描，配合三维坐标系能够获取到目标物体的各个点的三维坐标数据；
环境光检测模块，用于检测外界的环境光强，并将检测的数据发送给参数设定模块；
偏角检测模块，用于检测扫描设备与目标物体之间的相对偏角，包括x、y、z三轴上的偏角，并将检测的数据发送给参数设定模块；
特征提取模块，用于对采集到的数据中的特征进行提取；
数据预处理模块，用于对采集到的数据进行预先处理；
关联匹配模块，用于将数据预处理模块处理的数据与特征提取模块提取出来的特征相互关联匹配；
三维模型建立模块，用于根据关联匹配模块的关联匹配结果，通过构建、渲染操作对三维模型进行建立。
更进一步的，所述参数设定模块自动设定扫描参数的过程为：首先通过坐标系建立模块建立的三维坐标系获取到目标物体以及扫描空间的长宽高数据；然后获取到环境光检测模块以及偏角检测模块检测到的外界环境光强以及扫描设备与目标物体之间的三轴相对偏角数据；在通过下式来对扫描获取模块的扫描速度以及光强进行动态调整：
其中，为扫描速度，/>为扫描光强，/>、/>、/>分别为目标物体的长、宽、高，/>、/> 分别为扫描空间的长、宽、高，G为外界光强，/>、/>、/>分别为扫描设备相对于目标物体之间的x、y、z三轴偏角。
更进一步的，所述特征提取模块包括：纹理提取模块、颜色提取模块和区块曲率提取模块；
纹理提取模块，用于提取目标物体表面的纹理信息数据；
颜色提取模块，用于提取目标物体表面的颜色信息数据；
区块曲率提取模块，用于提取目标物体每个区块的曲率信息数据。
更进一步的，所述区块曲率提取模块包括区块划分模块，区块划分模块用于将目标物体划分为多个区块；
区块划分模块包括纵向区块划分模块和横向区块划分模块，纵向区块划分模块和横向区块划分模块分别在纵向和横向上并按照以下条件将目标物体划分为多个不同的区块：
其中，、/>、/>分别为目标物体的长、宽、高，Z为纵向上的分割比例，H为横向上的分割比例。
更进一步的，所述数据预处理模块包括数据过滤模块和数据去噪模块，数据过滤模块和数据去噪模块可以对数据采集模块采集的原始数据进行过滤和去噪处理，从而能够使数据更加的准确，使后续构建出来的三维模型更加的精确。
更进一步的，所述数据过滤模块和数据去噪模块的过滤和去噪过程如下：首先将数据采集模块采集的若干个点的三维坐标数据形成数组，然后再判断数组中的每个数据是否满足以下条件：/>
其中，为数组中最小三维坐标点的三轴数据和，为数组中最大三维坐标点的三轴数据和，length为数组长度，i为数组中的单个数据；
若满足该条件，则保留该数据，反之，则将该数据剔除。
更进一步的，所述关联匹配模块包括数据点落点确定模块和特征赋予模块；
数据点落点确定模块，用于确定处理后的每个数据点落在那个区块中；
特征赋予模块，用于当数据点落点确定模块将所有数据点的落点确定完毕后，再将每个区块的曲率、纹理和颜色对应赋予。
本发明基于静态扫描的三维建模系统的有益效果为：在对目标物体进行扫描的时候，能够根据目标物体的大小、扫描空间的大小、外界环境光强度以及扫描设备与目标物体之间的三轴相对偏角，来自动的设定扫描设备的扫描参数，从而能够使设定的扫描参数更加的适配当前扫描环境的要求，进而能够使获取到的数据更加的准确，使后续构建出来的三维模型更加贴合实际的目标物体。另外，在获取到目标物体的原始数据后，将原始数据分为两条线，一条线对原始数据进行预处理，另一条线为从原始数据中提取出目标物体的曲率、纹理、颜色信息数据，并且在提取曲率、纹理和颜色信息数据的时候，将目标物体分为多个区块，然后对多个区块进行特征提取，并且在最后构建模型的时候，是将处理后的多个点匹配对应到相应的区块中，然后再将特征赋予到相应的区块上，最后将多个区块合并、渲染后得到三维模型，这样不仅能够避免数据处理和特征提取同步进行对系统性能的要求较高的问题，而且还能避免系统在处理大量数据的时候，给系统造成负荷较大的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1为系统原理示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
根据本发明的一个方面，如图1所示，提供了基于静态扫描的三维建模系统，包括：
数据采集模块，用于对需要建模的物体的数据进行获取采集；该模块包括：参数设定模块，用于根据三维坐标系获取到的目标物体和扫描空间的数据以及环境光检测模块和偏角检测模块获取到的数据来自动的设定扫描的速度和光强，具体过程如下：首先通过坐标系建立模块建立的三维坐标系获取到目标物体以及扫描空间的长宽高数据；然后获取到环境光检测模块以及偏角检测模块检测到的外界环境光强以及扫描设备与目标物体之间的三轴相对偏角数据；在通过下式来对扫描获取模块的扫描速度以及光强进行动态调整：
其中，为扫描速度，/>为扫描光强，/>、/>、/>分别为目标物体的长、宽、高，/>、/> 分别为扫描空间的长、宽、高，G为外界光强，/>、/>、/>分别为扫描设备相对于目标物体之间的x、y、z三轴偏角。
坐标系建立模块，用于在扫描空间中建立三维坐标系，根据建立的三维坐标系能够获取到目标物体上各个点的三维坐标以及目标物体和扫描空间的长宽高数据；扫描获取模块，用于根据参数设定模块自动设定的扫描速度和光强来对目标物体进行扫描，配合三维坐标系能够获取到目标物体的各个点的三维坐标数据；环境光检测模块，用于检测外界的环境光强，并将检测的数据发送给参数设定模块；偏角检测模块，用于检测扫描设备与目标物体之间的相对偏角，包括x、y、z三轴上的偏角，并将检测的数据发送给参数设定模块。
特征提取模块，用于对采集到的数据中的特征进行提取；该模块包括：纹理提取模块，用于提取目标物体表面的纹理信息数据，提取出来的纹理信息关联到目标物体上的每个三维坐标点上；颜色提取模块，用于提取目标物体表面的颜色信息数据，提取出来的颜色信息关联到目标物体上的每个三维坐标点上，也就说每个三维坐标点上均携带有相应的RGB颜色信息；区块曲率提取模块，用于提取目标物体每个区块的曲率信息数据，该模块包括区块划分模块，区块划分模块用于将目标物体划分为多个区块；区块划分模块包括纵向区块划分模块和横向区块划分模块，纵向区块划分模块和横向区块划分模块分别在纵向和横向上并按照以下条件将目标物体划分为多个不同的区块：
其中，、/>、/>分别为目标物体的长、宽、高，Z为纵向上的分割比例，H为横向上的分割比例。
数据预处理模块，用于对采集到的数据进行预先处理；该模块包括数据过滤模块和数据去噪模块，数据过滤模块和数据去噪模块可以对数据采集模块采集的原始数据进行过滤和去噪处理，从而能够使数据更加的准确，使后续构建出来的三维模型更加的精确，去噪和过滤的具体过程如下：首先将数据采集模块采集的若干个点的三维坐标数据形成数组，然后再判断数组中的每个数据是否满足以下条件：/>
其中，为数组中最小三维坐标点的三轴数据和，为数组中最大三维坐标点的三轴数据和，length为数组长度，i为数组中的单个数据；
若满足该条件，则保留该数据，反之，则将该数据剔除。
关联匹配模块，用于将数据预处理模块处理的数据与特征提取模块提取出来的特征相互关联匹配；该模块包括：数据点落点确定模块，用于确定处理后的每个数据点落在那个区块中；特征赋予模块，用于当数据点落点确定模块将所有数据点的落点确定完毕后，再将每个区块的曲率、纹理和颜色对应赋予。
三维模型建立模块，用于根据关联匹配模块的关联匹配结果，通过构建、渲染操作对三维模型进行建立。
其中本文中出现的电器元件均文现实中存在的电器元件。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.基于静态扫描的三维建模系统，其特征在于，包括：数据采集模块、特征提取模块、数据预处理模块、关联匹配模块以及三维模型建立模块；
数据采集模块，用于对需要建模物体的数据进行获取采集；其包括：参数设定模块、坐标系建立模块、扫描获取模块、环境光检测模块以及偏角检测模块；
参数设定模块，用于根据三维坐标系获取到的目标物体和扫描空间的数据以及环境光检测模块和偏角检测模块获取到的数据来自动的设定扫描的速度和光强；
坐标系建立模块，用于在扫描空间中建立三维坐标系，根据建立的三维坐标系能够获取到目标物体上各个点的三维坐标以及目标物体和扫描空间的长宽高数据；
扫描获取模块，用于根据参数设定模块自动设定的扫描速度和光强来对目标物体进行扫描，配合三维坐标系能够获取到目标物体各个点的三维坐标数据；
环境光检测模块，用于检测外界的环境光强，并将检测的数据发送给参数设定模块；
偏角检测模块，用于检测扫描设备与目标物体之间的相对偏角，包括x、y、z三轴上的偏角，并将检测的数据发送给参数设定模块；
其中，参数设定模块自动设定扫描参数的过程为：首先通过坐标系建立模块建立的三维坐标系获取到目标物体以及扫描空间的长宽高数据；然后获取到环境光检测模块以及偏角检测模块检测到的外界环境光强以及扫描设备与目标物体之间的三轴相对偏角数据；在通过下式来对扫描获取模块的扫描速度以及光强进行动态调整：其中，/>为扫描速度，/>为扫描光强，/>、/>、/>分别为目标物体的长、宽、高，/>、/>、/>分别为扫描空间的长、宽、高，G为外界光强，/>、/>、/>分别为扫描设备相对于目标物体之间的x、y、z三轴偏角；
特征提取模块，用于对采集到的数据中的特征进行提取；
数据预处理模块，用于对采集到的数据进行预先处理；
关联匹配模块，用于将数据预处理模块处理的数据与特征提取模块提取出来的特征相互关联匹配；
三维模型建立模块，用于根据关联匹配模块的关联匹配结果，通过构建、渲染操作对三维模型进行建立。
2.根据权利要求1所述的基于静态扫描的三维建模系统，其特征在于：所述特征提取模块包括：纹理提取模块、颜色提取模块和区块曲率提取模块；
纹理提取模块，用于提取目标物体表面的纹理信息数据；
颜色提取模块，用于提取目标物体表面的颜色信息数据；
区块曲率提取模块，用于提取目标物体每个区块的曲率信息数据。
3.根据权利要求2所述的基于静态扫描的三维建模系统，其特征在于：所述区块曲率提取模块包括区块划分模块，区块划分模块用于将目标物体划分为多个区块；
区块划分模块包括纵向区块划分模块和横向区块划分模块，纵向区块划分模块和横向区块划分模块分别在纵向和横向上并按照以下条件将目标物体划分为多个不同的区块：其中，/>、/>、/>分别为目标物体的长、宽、高，Z为纵向上的分割比例，H为横向上的分割比例。
4.根据权利要求1所述的基于静态扫描的三维建模系统，其特征在于：所述数据预处理模块包括数据过滤模块和数据去噪模块，数据过滤模块和数据去噪模块可以对数据采集模块采集的原始数据进行过滤和去噪处理，从而能够使数据更加的准确，使后续构建出来的三维模型更加的精确。
5.根据权利要求4所述的基于静态扫描的三维建模系统，其特征在于：所述数据过滤模块和数据去噪模块的过滤和去噪过程如下：首先将数据采集模块采集的若干个点的三维坐标数据形成数组，然后再判断数组中的每个数据是否满足以下条件：其中，为数组中最小三维坐标点的三轴数据和，/>为数组中最大三维坐标点的三轴数据和，length为数组长度，i为数组中的单个数据；
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6.根据权利要求1所述的基于静态扫描的三维建模系统，其特征在于：所述关联匹配模块包括数据点落点确定模块和特征赋予模块；
数据点落点确定模块，用于确定处理后的每个数据点落在那个区块中；
特征赋予模块，用于当数据点落点确定模块将所有数据点的落点确定完毕后，再将每个区块的曲率、纹理和颜色对应赋予。
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