基于工程图或单幅图的汽车造型特征三维建模

摘要

数字化技术的应用已成为汽车发展的标志之一。与传统设计方法相比，数字化设计具有高效性、经济性、可重用性等优点。三维数字模型能够很好的反映设计师的设计意图，并直观的展示车身的造型效果及风格。设计人员也可以直接对汽车数字模型进行改型、优化等操作，从而缩短车身的开发周期。
　　曲线模型是曲面建模的基础，在车身设计过程中，通常采用造型特征线作为模型的表示形式。因此，如何利用效果图快速生成高品质的三维数字线框模型，是车身造型设计阶段的关键技术。针对车身数字建模这一问题，本文采用了合理的特征线定义方案并提出了基于工程图的三维重建方法及基于单幅图的三维重建方法。
　　本文研究工作主要包括以下三个方面的内容:
　　首先，通过分析不同视图特征线之间的几何投影关系得到拓扑一致的三维特征线模型，并提出一种基于最小二乘拟合的三维数字化模型重建方法，通过对二维特征线的端点匹配及离散化获取拟合数据，从而实现二维特征线模型到三维线框模型的快速转化，并对三维特征线进行连续性处理，保证三维数字模型的光顺性。
　　其次，通过分析现有的三维重建方法提出一种基于单幅图（侧视图）的三维重建方案，即根据已有的三维模型数据库及侧视图数据与三维数据模型之间的映射关系构建最小代价函数，从而估计出侧视图所对应的三维数据模型，并利用给定的二维数据对所得模型进行重新拟合得到新的三维线框模型。这种方法得到的三维模型不但保证了深度信息的精确性也满足了模型在侧视图方向的精度。
　　最后，通过数值实验及误差分析证明了本文算法的可行性及有效性。数值实验表明，基于工程图的三维重建方法生成的三维参数化曲线模型精度达到90％以上，基于单视图（侧视图）的三维重建方法的重建效果也能满足车身造型的需求，这为后续曲面模型生成或重建提供了有力的数据支持。