真实感三维模型的纹理映射技术研究与实现

摘要

纹理映射（TextureMapping）是将纹理图像的像素映射到屏幕空间像素的过程。采用纹理映射技术一方面实现了对三维模型表面细节的描写，提高了绘制模型的真实感;另一方面大大简化了建模过程。在某些情况下，纹理映射只是针对模型上一个小区域进行的，这就是局部纹理映射。
　　本课题基于国家自然科学基金《计算机辅助个体化人体3D模型的建立及其在烧伤面积评估中的应用》。纹理映射技术主要应用在对三维人体模型的局部纹理映射，针对人体中烧伤部位在照片中获取出来保存到二维纹理空间中，再将其纹理映射到三维人体模型对应的部位。之所以采用纹理映射技术而不直接进行三维彩色扫描，原因在于三维彩色扫描对扫描环境要求过高，并且具有RGB属性的点云在配准过程需要花费大量的时间和空间，此外三维彩色扫描领域尚处于刚刚发展的阶段，彩色扫描效果的精度和细节描述不够。
　　本文为了实现对三维人体模型的局部纹理映射，在分析总结当前纹理映射方法的基础上，针对非规则的三角网格模型提出了一种基于区域增长和平面投影的方法来实现三角网格模型的局部纹理映射，并进行了系统设计实现以及相关的实验验证。
　　本文的主要工作内容包括:
　　1.提出三维区域增长算法用来确定局部区域，算法保证了选取区域的完整性，不会出现缺角的情况，同时用户可以改变待映射区域的位置和大小。
　　2.采用平面投影法建立二维坐标系与纹理坐标系的关系，从而确定了三维顶点和纹理坐标的对应关系。
　　3.交互式操作的研究。用户通过鼠标或键盘，可以对纹理映射进行修改，包括对纹理区域的选择、对纹理方向的变更、对纹理大小的变更等。
　　4.设计和实现局部纹理映射系统。本文算法用C++语言在VisualStudio2008开发平台上结合VTK进行了开发和实验，开发了一个针对三角网格模型的局部纹理映射系统，并在此系统上进行了大量的测试。
　　实验对比和验证了几个关键参数对纹理映射效果的影响，充分证明了算法的准确性、高效性和鲁棒性。算法成功应用于实验，表明该方法的可行性，同时实验对算法的效率进行了统计分析和定量评估。最后，本文对课题研究内容和工作进行了总结，对纹理映射技术的发展方向和前景提出了一些自己的看法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 本文组织结构

1．5 本章小结

第二章 三维人体模型重建

2．1 背景概述

2．2 三维人体重建系统概述

2．3 纹理映射在三维重建中的应用

2．4 本章小结

第三章 纹理映射方法的研究

3．1 纹理映射的定义

3．2 纹理映射的基本原理

3．3 纹理映射方法

3．4 本章小结

第四章 局部纹理映射算法概述

4．1 局部纹理映射算法概述

4．2 难点和创新点

4．3 VTK的工作机制

4．4 本章小结

第五章 基于区域增长和平面投影的局部纹理映射

5．1 三维模型的导入与绘制

5．2 三维点和面的拾取

5．3 局部区域的确定

5．4 纹理坐标的计算

5．5 本章小结

第六章 实验结果分析

6．1 实验效果分析

6．2 算法效率分析

6．3 算法定量评估

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 未来展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢