基于高分一号影像三维沙盘模型快速构建的研究

摘要

沙盘在教育、建筑、军事等部门都有着广泛的应用。传统沙盘以等高线为基础，利用沙子，水泥和泡沫等材料通过人工制作。因此，传统沙盘的精度很低，同时耗费较长的时间，导致很难满足当前社会的需要。伴随3D打印、计算机技术和遥感等技术的飞速发展，高精准、短周期、个性化及信息丰富地制作沙盘模型成为了可能。本文对高分一号影像中的阴影进行检测、增强，对数字高程模型建模与贴图，石膏3D打印制作，来探讨整个沙盘模型的制作工艺。
　　首先，本文对光固化、选择性激光烧结、熔融沉积、分层实体和粘结成型技术进行了原理、优势及特点进行了全面的介绍。根据粘结成型技术具有色彩多样性、成型精度高、材料节省等特点，最终确定选择该技术制作沙盘。同时，数字高程模型能够准确、形象的表达三维立体信息，因此，利用该数据制作沙盘模型。高分一号遥感影像数据具有高分辨率、多光谱、短周期等特点，利用该数据制作的沙盘能够全面的表达地物信息。
　　其次，阴影对图像处理而言，既有好的一面也有不利的一面。基于此，本文使用高分一号遥感影像，根据阴影的特征、HSV色彩空间和主成分变换法，提出新的阴影检测指数，并与主成分变换检测法进行对比。试验表明，本文提出的阴影检测模型能够有效的区分阴影区域与水体、暗色植被和偏蓝色地物、深色地物以及人工草坪。根据同态滤波的原理和阴影的性质，在频率域内对影像进行同态滤波处理，增加高频分量时，也能削弱低频分量，最终实现阴影信息增强。本文提出结合同态滤波和掩膜技术对阴影进行处理，并与传统的方法对比，试验表明:本文方法能够在增强阴影信息的同时，保证不改变非阴影区域。然后通过Photoshop软件对影像进行匀色，最终完成纹理数据的制作。
　　再次，详细阐述3D打印的整个工艺流程，并对三维模型的建立、分层以及石膏打印机的设置进行了整理归纳。根据各种软件平台在数据处理等方面存在着不全面的问题,本文首先分析了各种软件的优缺点，包括Global Mapper、Geomagic、Magics、Zbrush和Maya软件，本文探索建立了多软件平台联和构建沙盘模型的方法。创建沙盘时，充分利用各个软件的优点，集成软件平台并互补应用，使得沙盘更加快速精确的创建。
　　最后，本文通过利用石膏打印设备完成了彩色的沙盘模型的制作。同时，对打印的三维沙盘模型的质量问题，如梯度问题和高度的误差等，提出了相关的解决方案。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外快速成型技术的研究现状

1．2．2 国内外阴影检测及去除的研究现状

1．2．3 国内外三维实体沙盘模型制作的研究现状

1．3 本文研究内容与目标

1．3．1 本文研究内容

1．3．2 本文研究目标

2 三维实体沙盘制作的相关理论

2．1 快速成型技术的成型原理

2．2 快速成型技术的分类

2．3 快速成型技术的数据格式

2．4 三维沙盘模型的数据源

2．4．1 数字高程模型

2．4．2 高分一号遥感影像

2．5 本章小结

3 三维沙盘模型纹理数据的构建

3．1 阴影的特性

3．2 阴影处理的相关技术

3．2．1 色彩空间

3．2．2 主成分变换法

3．2．3 同态滤波

3．2．4 掩膜技术

3．3 高分一号影像纹理数据的构建

3．3．1 阴影检测实验结果及对比

3．3．2 阴影信息增强实验结果及对比

3．3．3 纹理数据的制作

3．4 本章小结

4 高分一号遥感影像三维实体模型的快速构建

4．1 三维实体沙盘设计的总体要求

4．2 三维沙盘模型的制作

4．2．1 多软件平台的介绍

4．2．2 多软件平台联和构建模型

4．3 快速成型前的准备

4．3．1 三维沙盘数据的准备

4．3．2 石膏3D打印设备的准备

4．4 三维沙盘模型的打印流程

4．4．1 石膏打印机的状态检查

4．4．2 三维数据模型的分层与打印

4．4．3 三维实体模型的后处理

4．5 实体三维模型的质量问题研究

4．5．1 实体模型质量问题的产生

4．5．2 实体模型质量问题的处理

4．6 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果