基于投影的三维打印模型纹理着色

摘要

近年来随着三维打印技术的日趋完善，打印模型的纹理着色技术也日益发展起来，如水转印和热转印技术，但是将彩色墨水附着在三维打印模型的可见表面上的技术还不完善。本文在基于投影的增强现实技术的基础上，对三维打印模型的纹理着色技术进行研究，实现一个非破坏性的动态纹理着色系统。
　　传统的三维打印着色技术，比如水转印、热转印技术都是对三维打印物体表面附着难以脱落的彩色薄膜来达到着色的效果。相比于工业上对物体电镀的着色方法，这些技术的着色效果较好，适用于更多的三维打印材质。不足之处是算法实现复杂，而且对三维打印模型也具有一定的侵入性。该文提出的纹理着色方法的优势是对原始三维打印物体不具有任何破坏性，仅通过价格低廉的投影仪对三维打印物体投射彩色影像。
　　该方法在基于投影的增强现实技术的基础上做了一定的改进。传统的基于投影的增强现实技术需要对房间甚至对物体做三维重建，而且为了让投影仪投射正确大小的影像还需要通过三维重建的方式对多投影仪-摄像机系统做复杂的标定。该文实现的基于投影的纹理着色系统使用2~3个投影仪和一个摄像头实现模型纹理的全覆盖，并且为了实时展示不同纹理下的三维模型效果，该系统还使用可编程转台对模型做动态的旋转，进而实现动态展示不同纹理下模型的视觉效果。该系统需要用户预先对多投影仪-摄像机系统做标定，得到投影仪内参矩阵。在投影仪投射纹理影像前，用户需要手动在摄像机拍摄的真实模型图片和虚拟模型上点选对应的二维特征点和三维特征点，并基于格雷码的几何注册算法自动处理得到真实模型和虚拟模型之间的变换矩阵，最后通过投影仪将纹理坐标做几何变换，把纹理影像正确地投射到三维模型上。实验证明，该文提出的纹理着色方法可以有效地、正确地将纹理动态投射到三维打印物体上。

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致谢

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题的研究背景

1.3 相关工作

1.4 本文的工作和组织

1.5 本章小结

2 纹理投影配准技术理论基础

2.1 射影变换

2.2 单视图几何

2.3 几何配准方法

2.4 本章小结

3 基于结构光的纹理投影配准技术

3.1 结构光编码

3.2 选择特征点

3.3 结构光解码

3.4 求解几何变换矩阵

3.5 本章小结

4 投影着色纹理图像生成技术

4.1 单投影的纹理映射

4.2 运动对象的动态纹理映射

4.3 多投影的纹理拼接

4.4 本章小结

5 纹理着色系统的设计与实现

5.1 系统流程

5.2 模型数据准备模块

5.3 投影仪-摄像机系统标定模块

5.4 基于结构光的几何注册模块

5.5 基于投影的纹理渲染模块

5.6 实验结果与分析

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间所取得的科研成果