基于激光测量的人体三维发型特征数据库的研究

摘要

基于激光测量的人体三维发型特征数据库系统是对发型数据库数学建模的一种新方法的探讨，即三维发型数据采集与数学建模以及数据库的结合。基于激光测量的人体三维发型特征数据库系统设计的指导原则是采用人机交互式工作方式，用户可以选择满足时尚化、个性化要求的发型并且可以实时了解整体的三维效果，并将人体三维数据、发型三维数据、人体发型匹配相关数据保存到相应的数据库中。它不但是开发发型CAD系统的新方法，而且具有广泛的商业价值。同时作为三维人体雕像的重要组成部分，对促进三维人体雕像的商品化，满足市场的迫切需要有着重要的研究意义。 三维扫描技术的关键在于如何快速获取物体的三维体信息。对此，人们进行了长期的研究，发展了各种各样的方法。究竟采用哪种原理来获取三维信息，在很大程度上取决于装置的构造、性能、成本、适用范围，各类三维扫描装置的区别也在于此。近十年来，出现了各种各样的表面三维扫描方法，可分为接触式和非接触式两类。接触式测量主要有三维测量机(CMM)、机械手臂、铣削测量仪。对非接触式测量，根据其测量原理的不同，大致分为光学测量、超声波测量、电磁波测量等。不同的方法，其测量各有特点，测量速度和精度也相差甚大。基于双CCD的快速三维激光扫描系统采用面激光扫描原理。扫描仪使用高30cm，宽度1mm，长度200cm左右的面激光(又称激光刀)取代点激光测距中的点激光。面激光和物体交会可生成一条测线。这条测线相当于500～1024个激光点，因而从理论上说可以提高采样速度500～1024倍。测量一条曲线仅需20ms，测量完一个物体约需15s～18s。 在对实物样件表面数据采集过程中不可避免地引入测量噪声。为了得到较为精确的曲面模型和好的特征提取效果，有必要对测量数据首先进行平滑滤波。因此本文针对激光测量中的干扰点及噪声点的存在，提出了基于模糊加权均值滤波算法的三维数据处理的方法，该方法充分利用测点间的相关性和测点的位置信息，较好的分离了干扰点及噪声和真实点，实现既消除噪声点又保持真实点不受损过多的目标。 三维扫描技术的最终目的是获得被扫描对象的三维数字化模型。本文系统地阐述了三维建模的基本原理和常见的曲面重构方法，详细介绍了利用OpenGL建模的过程，指出了与之相关的概念、特别注意的方面以及它们对于三维数据建模的影响，并给出了人体、发型、人体发型匹配的建模结果。 三维发型数据、三维人体数据、人体发型匹配数据都是建立在海量的数据的基础上。在该系统中，数据库是人体数据、发型数据等的存储载体。在数据库结构设计的时候，针对数据之间的相互独立性，建立了三维人体数据库、三维发型数据库、人体发型匹配数据库、纹理数据库等内容。很好的实现了独立稳定的数据结构、精简的数据内容、合理的存储结构、简单方便的操作方式。 我所研究的基于激光测量的人体三维发型特征数据库融合了光电子学、计算机图形图像学、信息处理、计算机等科学技术，结合现有的基于双CCD的快速三维激光扫描系统，提取所需的人体三维数据、发型三维数据；通过基于模糊加权均值滤波算法的三维数据处理的方法对数据进行滤波处理；采用OpenGL这种三维图形处理的工业标准，进行三维数据重建；通过数据库技术保存人体三维数据、发型三维数据、人体发型匹配相关数据；最后整合人体发型匹配数据，产生用于数控加工机床加工的三维数据。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

2系统设计

3三维数据的提取

4三维数据的处理

5三维数据的建模

6三维发型数据库的建立

7三维发型数据库软件的设计和实现

8结论和展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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