一種基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統的製作方法
2023-06-16 10:57:46
一種基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供的一種基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統包括掃描控制與圖像採集部分、三維重建部分和三維構型部分；本實用新型的優勢在於極大的提高了三維數字建模的速度，並且保證了藏品的三維模型的精度；使得數據模型的形狀和色彩與藏品保持了高度的一致；本系統採用國際最先進的光學測量技術，幅面更大，抗幹擾能力強，操作方法簡單，測量效率得到提高。
【專利說明】一種基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及三維數字建模領域，特別是一種基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統。
【背景技術】
[0002]三維數字建模技術是近年來發展起來的一項高新技術，它通過高速白光掃描測量的方法，以被測對象的採樣點、離散點集合一一稱之為「點雲」的形式獲取物體或地形表面的陣列式幾何圖像數據，可以快速、大量的採集空間點位信息，為快速、精確地獲取物體的三維信息，並進而建立起科學準確的數據模型提供了一種全新的技術手段。正是基於這些優點，近年來，在文物考古領域也開展了一系列三維數字建模技術應用實踐工作，如故宮博物院開展的古建築數字建模項目，洛陽龍門石窟研宄院利用三維技術建立的數字檔案。這些實踐工作為三維數字建模技術在文物考古領域的進一步深入開展都是有益的探索和實踐。引入三維數字建模技術，對考古遺址的相關信息進行同步採集和處理，並進而建立數字模型，不僅可以滿足考古發掘過程中科學、準確獲取遺址各類信息的要求，同時也為後期研宄、保護、考古資源管理、公眾教育奠定了重要的基礎。
[0003]三維物體數位化技術與可視化技術在考古學中的應用，不僅能夠準確獲取文物遺址的各類信息，而且與其他信息技術相結合可以拓展考古遺址三維數字模型的應用範圍，如文物遺址的數位化存儲、測繪、文物修復、考古現場及遺址中的文物管理與監測以及虛擬研宄和展示等方面的應用。
[0004]妥善而永久地保存文物遺址信息是文物考古工作的基本需求，三維數字建模技術提供的文物數位化存儲，是當前滿足這一需求的最佳手段。通過三維數字建模技術可以建立高精度的文物遺址數字模型，包括外部幾何信息、結構信息以及局部細節信息，還可以為文物的數字測繪、輔助修復、管理以及虛擬實境等拓展應用提供最基礎的支撐。從目前發展狀況看，考古數位化項目存在以下問題:1、利用大型計算機實時描繪虛擬實境圖像，設備昂貴，場地限制大；2、模型數據的大量簡化和全景照片的使用可以滿足普通硬體的需求，但場景的逼真度和沉浸感較差；3、目前網際網路提供的展示功能，缺乏三維沉浸感和交互性；
4、模型數據僅具有展示功能，難以滿足維修重建的工程技術參考需要；
[0005]三維白光掃描技術是近幾年逐步發展成熟的最新測量技術，它具有其它測量技術無法比擬的優勢。尤其是非接觸式的測量手段，不會對考古文物造成損壞。此外，該技術明顯降低了對考古文物的測量工作的難度和工作量，所得數據的可挖掘性強，多用性好。隨著三維掃描技術同GIS等相關技術的結合，必將不斷增強其在古建築保護領域的應用價值和潛力。從文物掃描、獲取準數據、建立資料庫，都更方便了。通過曲線曲面掃描、全面質量檢查、逆向工程、三維數據採集建立資料庫。三維數位化技術可以實現文物實體與信息的分離，為文物保護和研宄提出了一個全新的概念和發展方向，這是紙質媒體、膠片媒體等所無法達到和實現的。近年來，隨著光機電一體化技術的迅猛發展，以日、德等國為代表的發達國家都非常重視文物數位化技術的研宄，相繼研發了可用於大型平面文物的高清、高保真數位化設備，並成功地應用於壁畫、字畫、板畫等平面文物的數位化及其分析、研宄和保護。三維白光掃描技術具有以下優點:(I)速度快:幾千?幾十萬點/秒；(2)信息豐富:它包含大量物體表面的被測點，每個點均帶有三維坐標和雷射反射強度值，能真實地展現物體的外貌，可有效解決對形狀複雜物體的觀測問題；(3)精度高:精度為毫米級；(4)有益保護被測物體:屬於看到即可的非接觸式測量；(5)節省資金:很少需要搭建腳手架；(6)數據價值高:數位化的資料能夠長久保存，古建築點雲具有廣泛的應用性。
[0006]逆向工程是利用對實物測量的數據重新構造實物的計算機模型，然後利用CAD/CAE/CAM等計算機輔助技術進行分析、再設計、數控編程等操作，而後進行加工。逆向工程現己發展為CAD/CAM中一個相對獨立的範疇。通過實物模型產生CAD模型，可以使產品設計充分利用CAD技術的優勢，並適應智能化、集成化的產品設計製造過程中的信息交換。實施逆向工程可以充分發揮先進的測量設備的優越性，使其既可以作為CAD/CAM系統所需要的三維輸入裝置，又可以作為CAD/CAM系統處理後的誤差檢測評估裝置，從而提高工業產品的設計，製造自動化程度，縮短產品的試製開發周期，降低生產成本。將逆向工程技術定義為沒有工程圖紙的情況下，對物體的物理模型進行測量，通過對測量信息的分析和處理來反求其CAD模型的過程。在這一意義下，逆向工程可以定義為:是將實物轉變為CAD模型相關的數位化技術和幾何模型重建技術的總稱。逆向工程是綜合性很強的術語，它是以設計方法學為指導，以現代設計理論、方法、技術為基礎，運用各種專業人員的工程設計經驗、知識和創新思維，對己有新產品進行解剖、深化和再創造，是對己有設計的設計，特別強調再創造是反求的靈魂。應該看到:逆向工程有其獨特的共性技術和內容，還是一門新興的交叉學科分支。現行產品中的各種複雜高新技術，在逆向工程中都會遇到如何消化吸收並加以改進和提高。所以對於新興技術的理解、消化和推廣上，逆向工程作用十分巨大。現代人們通稱的設計一般均指正向設計。它根據市場需要提出目標和技術要求，使設計意圖變為產品。如何合理利用他人的設計思想，加快自身產品更新換代的能力，是在市場競爭日益激烈的今天站穩腳跟，持續發展的關鍵。實際上，在設計製造領域，任何產品的問世，包括創新、改進和仿製，都蘊含著對已有科學、技術的應用和借鑑改進。可以看出，反求思維在工程中的應用己源遠流長，然而提出這種術語並作為一門學問去研宄，則出現於60年代，逆向工程是各國技術進步、發展，尤其是發展中國家迅速改變技術落後狀況，提高綜合設計、決策水平、製造水平，趕超世界先進水平的迅捷之路。戰後日本工業恢復的需要使其首先對逆向工程進行了較早的研宄，日本提出「第一臺引進，第二臺國產化，第三臺出口」的口號，用了近二十年時間迅速崛起成為世界經濟強國就是一個生動的歷史證明。
[0007]但現有的技術的系統和方法中只能將藏品進行正向設計，對藏品進行三維數位化建模，其真實度與藏品有很大的差距，細節達不到更精準的體現。設計一種新的、基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統及其方法系統，解決建模不能與藏品的形狀、色彩不一致的問題，實現將電腦中的三維數據與藏品的形狀、色彩達到高度的一致，是目前該領域重點的研宄方向之一。
【發明內容】
[0008]針對現有技術存在的缺陷和不足，本發明提供一種基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統，採用非接觸式的測量手段，不會對考古文物造成損壞，建立高精度的文物、遺址數字模型，包括外部幾何信息、結構信息以及局部細節信息，解決建模不能與藏品的形狀、色彩不一致的問題，實現將電腦中的三維數據與藏品的形狀、色彩達到高度的一致，進一步還可以為文物的數字測繪、輔助修復、管理以及虛擬實境等拓展應用提供最基礎的支撐。
[0009]為實現上述發明目的，本發明提出的一種基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統，採用如下技術方案:該系統包括:
[0010]掃描控制與圖像採集部分；控制掃描儀的掃描頭的掃描方式，控制雷射器、圖像採集卡，實現同掃描方式相配合的圖像採集功能，將掃描獲得的圖像數據和其他數據做成PLY文件，完成定標功能；
[0011]三維重建部分；對採集獲得的PLY序列進行逐幀的圖像處理、提取雷射條帶和中心線、並獲物體外表面展開圖；計算物體外表面各點的三維空間坐標，給出數據集；採用逆向工程，完成三維重建；
[0012]三維構型部分；對數據進行三角形化處理，形成DXF、STL等文件；進行三維顯示；本系統的掃描控制與圖像採集部分、三維重建部分和三維構型部分通過數據線依次相連。
[0013]對於本技術方案的進一步的改進，所述掃描控制與圖像採集部分包括RMS600白光掃描反求子系統、數字近景三維攝影測量子系統和RMS400三維面掃描抄數機；
[0014]對於本技術方案的進一步的改進，所述三維重建部分包括CAD工作站；
[0015]上述的一種基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統使用方法包括以下步驟:
[0016]步驟1.藏品結構的三維掃描:藏品結構的三維掃描主要是將藏品結構中的三維信息表達出來；
[0017]步驟2.非幾何藏品結構信息的整理:根據藏品的歷史信息，整理需要表達的非幾何工程信息；
[0018]步驟3.確定藏品結構的三維信息表達方案:根據藏品結構的設計信息的特點，選擇藏品三維信息表達方案；為了在三維數字模型中直觀的表達這些信息，三維建模並在模型中標註尺寸是最佳的表達方案；
[0019]步驟4.建立逆向元素:根據三維信息表達方案與三維掃描成立的數據建立逆向元素。
[0020]步驟5.三維數據的形成:根據逆向元素，進行三維數據建模，與三維信息相對應，進行修改；
[0021]步驟6.添加非幾何工程信息:利用三維注釋功能在三維數字模型中完成的三維數字模型是一個全信息的數據模型，可以在模型中進行測量，得到精準的尺寸。
[0022]本系統的工作原理是:首先，在掃描裝置的配合下，傳感器獲得原始信息，然後根據計算模型、算法和定標所得的裝置參數，求得每個採樣點的三維空間坐標和色彩，再通過三維構形軟體以點、多邊形、曲面等形式構成立體模型，並存為多種通用的標準格式，得到最終結果。
[0023]—般來說，三維彩色掃描系統的關鍵技術包括空間三維數位化技術、色彩數位化技術、三維構型及修改技術、定標技術、硬體及控制技術、軟體技術等。其中的硬體及控制技術中，硬體是系統的基礎，主要包括傳感器、掃描裝置、控制模塊和其它附件。其中的空間三維數位化技術可以說是三維數位化系統最關鍵的技術。其目的在於測得物體表面每個採樣點的空間立體坐標，空間三維數位化模塊還包括數據預處理和後處理技術；以結構光系統為例，其預處理主要是對拍攝的結構光圖像的處理，準確檢測結構光標誌線位置，由於種種原因，掃描結果中可能會出現斷線、空缺區域、毛刺等，後處理的任務就是自動完成部分的補斷、補缺、平滑處理工作。色彩數位化技術，在某些領域，特別是文物的保護，用戶對獲得準確、豐富的色彩提出了很高的要求。以文物中人頭部掃描為例，人的頭部尺寸在數值上相差並不很大，如果僅得到空間坐標模型而無色彩，是很難識別出特定的人。而如果得到了準確的人頭部色彩信息，即使尺寸上相差一點，也基本不影響視覺效果。為了便於特技處理，有時用戶還提出需要與立體模型分離的物體表面色彩紋理貼圖，即通常所說的展開圖或蒙皮。
[0024]採用工業中的逆向工程方法對藏品進行數位化處理，可以高精度全方面還原數位化藏品的三維信息；逆向工程技術(Reverse Engineering，RE)是根據已有的產品或零件原型構造產品或零件的工程設計模型，並在此基礎上對已有的產品進行剖析、理解和改進，是對已有設計的再設計，本質上是一個「認識原型-再現原型-超越原型」的過程。逆向工程在汽車、飛機、船舶製造行業的設計製造中具有相當重要的地位，相對於普通的設計製造過程，逆向工程節約了大量物質成本，縮短了設計製作的工期，大大提高了產品設計的效率，加強了產品設計製造的可繼承性。也就是說，逆向工程的技術的特點是實現較高精確度的實體數據重現，以及可以對這些數據的分析處理和應用修改。逆向工程的總體實施流程可以概括為從實體建立數據，再到實體；主要步驟包括實體數據採集、實體模型數位化及其加工，以及實體輸出三大部分。採用逆向工程方法對藏品進行數位化處理，如網格拼合中，對於一個物體而言，一次掃描很難得到所有數據。需要進行多次掃描。如何將各方位、各區的掃描數據拼接成一個整體，也是三維物體數位化的一個重要問題。如定標技術，三維數位化技術實質上是一種測量技術，為了得到正確的空間坐標，除了建立準確的模型外，還必須設法確定有關的裝置參數。這些參數由於種種原因可能與設計值不符，而且裝置的參數可以根據使用的要求來調整而不僅僅只是固定的值，這樣就必須有一種方法準確地測定這些參數，這個過程稱為裝置的定標；定標的方法與裝置的計算模型、誤差模型密切相關，一般是通過對已知準確尺寸的精密標準塊進行測量，根據計算模型和已知尺寸，反求參數。系統的定標精度和可靠程度直接影響裝置的測量精度，是裝置不可缺少的重要環節。如何實現準確、快速、簡便的定標，是三維數位化技術中的重要問題。此外，定標還可以起到校正裝置誤差的作用。對於彩色掃描，還存在色彩定標的問題，即對裝置的色彩還原度的測定和校準。
[0025]逆向工程方法對藏品進行數位化處理的一般步驟:
[0026]1.首先為了得到精準的文物數據，要對文物做出掃描方案，使之文物在不受影響的狀況下，得到精準的三維數據；
[0027]2.對文物進行數據掃描，得到精確數據；
[0028]3.對掃描數據進行修改；
[0029]4.基於逆向工程，根據掃描數據進行建模，得到真彩精確數據；其過程是對象原形的數位化白光掃描等測量裝置來獲取對象原形表面點的三維坐標值；從測量數據中提取對象原形的幾何特徵按測量數據的幾何屬性對其進行分割，採用幾何特徵匹配與識別的方法來獲取對象原形所具有的設計特徵；對象原形模型的重建將分割後的三維數據在系統中分別做表面模型的擬合，並通過各表面片的求交與拼接獲取對象原形表面的模型；重建模型的檢驗與修正釆用根據獲得的模型重新測量來檢驗重建的模型是否滿足精度或指標的要求，對不滿足要求者重複以上過程，直至達到要求。
[0030]5.與掃描數據進行對比，最終對數據進行修改。
[0031]由以上本發明的實施方案可知，本發明所提出的基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模系統及其使用方法，與現有的技術相比具有以下優勢:
[0032]1.發明極大的提高了三維數字建模的速度，並且保證了藏品的三維模型的精度；
[0033]2.形狀和色彩與藏品保持了高度的一致；
[0034]3.採用國際最先進的光學測量技術，幅面更大，抗幹擾能力強，操作方法簡單，測量效率高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1為本發明的基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模系統整體結構示意圖，其中:
[0036]101-掃描控制與圖像採集部分；102-三維重建部分；103-三維構型部分；104-RMS600白光掃描反求子系統；105-數字近景三維攝影測量子系統；106-RMS400三維面掃描抄數機；107-CAD工作站；
[0037]圖2為本發明的基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模系統的工作原理圖；
[0038]圖3為本發明的基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模系統使用方法流程圖。
【具體實施方式】
[0039]為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例並配合所附圖式說明如下:
[0040]如圖1所示，本發明的基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模系統包括:
[0041]掃描控制與圖像採集部分101 ;控制掃描儀的掃描頭的掃描方式，控制雷射器、圖像採集卡，實現同掃描方式相配合的圖像採集功能，將掃描獲得的圖像數據和其他數據做成PLY文件，完成定標功能；
[0042]三維重建部分102 ;對採集獲得的PLY序列進行逐幀的圖像處理、提取雷射條帶和中心線、並獲物體外表面展開圖；計算物體外表面各點的三維空間坐標，給出數據集；採用逆向工程，完成三維重建；
[0043]三維構型部分103 ;對數據進行三角形化處理，形成DXF、STL等文件；進行三維顯示;
[0044]其中的掃描控制與圖像採集部分101包括RMS600白光掃描反求子系統104、數字近景三維攝影測量子系統105和RMS400三維面掃描抄數機106 ;三維重建部分102包括CAD工作站107 ；
[0045]如圖2所示本發明的基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模系統的工作原理圖；在掃描裝置的配合下，傳感器獲得原始信息，然後根據計算模型、算法和定標所得的裝置參數，求得每個採樣點的三維空間坐標和色彩，再通過三維構形軟體以點、多邊形、曲面等形式構成立體模型，並存為多種通用的標準格式，得到最終結果。一般來說，三維彩色掃描系統的關鍵技術包括空間三維數位化技術、色彩數位化技術、三維構型及修改技術、定標技術、硬體及控制技術、軟體技術等。
[0046]其中的硬體及控制技術中，硬體是系統的基礎，主要包括傳感器、掃描裝置、控制模塊和其它附件。其中的空間三維數位化技術可以說是三維數位化系統最關鍵的技術。其目的在於測得物體表面每個採樣點的空間立體坐標，空間三維數位化模塊還包括數據預處理和後處理技術；以結構光系統為例，其預處理主要是對拍攝的結構光圖像的處理，準確檢測結構光標誌線位置，由於種種原因，掃描結果中可能會出現斷線、空缺區域、毛刺等，後處理的任務就是自動完成部分的補斷、補缺、平滑處理工作。色彩數位化技術，在某些領域，特別是文物的保護，用戶對獲得準確、豐富的色彩提出了很高的要求。以文物中人頭部掃描為例，人的頭部尺寸在數值上相差並不很大，如果僅得到空間坐標模型而無色彩，是很難識別出特定的人。而如果得到了準確的人頭部色彩信息，即使尺寸上相差一點，也基本不影響視覺效果。為了便於特技處理，有時用戶還提出需要與立體模型分離的物體表面色彩紋理貼圖，即通常所說的展開圖或蒙皮。
[0047]採用工業中的逆向工程方法對藏品進行數位化處理，可以高精度全方面還原數位化藏品的三維信息；逆向工程技術(Reverse Engineering，RE)是根據已有的產品或零件原型構造產品或零件的工程設計模型，並在此基礎上對已有的產品進行剖析、理解和改進，是對已有設計的再設計，本質上是一個「認識原型-再現原型-超越原型」的過程。逆向工程在汽車、飛機、船舶製造行業的設計製造中具有相當重要的地位，相對於普通的設計製造過程，逆向工程節約了大量物質成本，縮短了設計製作的工期，大大提高了產品設計的效率，加強了產品設計製造的可繼承性。也就是說，逆向工程的技術的特點是實現較高精確度的實體數據重現，以及可以對這些數據的分析處理和應用修改。逆向工程的總體實施流程可以概括為從實體建立數據，再到實體；主要步驟包括實體數據採集、實體模型數位化及其加工，以及實體輸出三大部分。採用逆向工程方法對藏品進行數位化處理，如網格拼合中，對於一個物體而言，一次掃描很難得到所有數據。需要進行多次掃描。如何將各方位、各區的掃描數據拼接成一個整體，也是三維物體數位化的一個重要問題。如定標技術，三維數位化技術實質上是一種測量技術，為了得到正確的空間坐標，除了建立準確的模型外，還必須設法確定有關的裝置參數。這些參數由於種種原因可能與設計值不符，而且裝置的參數可以根據使用的要求來調整而不僅僅只是固定的值，這樣就必須有一種方法準確地測定這些參數，這個過程稱為裝置的定標；定標的方法與裝置的計算模型、誤差模型密切相關，一般是通過對已知準確尺寸的精密標準塊進行測量，根據計算模型和已知尺寸，反求參數。系統的定標精度和可靠程度直接影響裝置的測量精度，是裝置不可缺少的重要環節。如何實現準確、快速、簡便的定標，是三維數位化技術中的重要問題。此外，定標還可以起到校正裝置誤差的作用。對於彩色掃描，還存在色彩定標的問題，即對裝置的色彩還原度的測定和校準。
[0048]如圖3所示，基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統使用方法包括以下步驟:
[0049]步驟1.藏品結構的三維掃描:藏品結構的三維掃描主要是將藏品結構中的三維信息表達出來；
[0050]步驟2.非幾何藏品結構信息的整理:根據藏品的歷史信息，整理需要表達的非幾何工程信息；
[0051]步驟3.確定藏品結構的三維信息表達方案:根據藏品結構的設計信息的特點，選擇藏品三維信息表達方案；為了在三維數字模型中直觀的表達這些信息，三維建模並在模型中標註尺寸是最佳的表達方案；
[0052]步驟4.建立逆向元素:根據三維信息表達方案與三維掃描成立的數據建立逆向元素。
[0053]步驟5.三維數據的形成:根據逆向元素，進行三維數據建模，與三維信息相對應，進行修改；
[0054]步驟6.添加非幾何工程信息:利用三維注釋功能在三維數字模型中完成的三維數字模型是一個全信息的數據模型，可以在模型中進行測量，得到精準的尺寸。
[0055]該方法的工作詳細過程是，首先，進行藏品數據的掃描需要三維掃描儀；現在主流的三維數字掃描儀按操作方式可以分為機架式和手持式兩大類，手持式三維掃描儀主要適用於小型物體掃描，機架式三維掃描儀主要適用於大型建築物掃描；功能上可分為彩色三維掃描儀和非彩色三維掃描儀，非彩色的三維數字掃描儀只能採集掃描實體的三維位置信息，而彩色三維數字掃描儀可以同時採集掃描實體的三維位置信息和實體表面的色彩信息；對掃描儀選擇正確的掃描點選定，掃描儀的位置要儘可能可以掃描到藏品的各個部位；掃描儀對藏品掃描後得到的是點雲數據，點雲是在同一坐標系下具有一定空間位置信息大量離散的點的集合，使用三維數字掃描儀對藏品掃描後，得到的是一系列記錄藏品表面形狀信息的點雲數據。這裡將三維數字掃描儀掃描藏品後得到的點雲稱為原始點雲數據。其中重點是掃描定位，由於掃描從一開始就沒有定位某一個坐標原點和坐標方向，所以掃描的結果是以掃描儀中心為原點的空間自由坐標系，這時的任何一點的三坐標值都是相對的、過度的。因為使用者可以通過後續軟體的強大功能將初始測得的空間自由坐標平移和旋轉到自己要求的坐標位置上去。這個過程極其方便，這時，點雲上任何一個點的三坐標尺寸都可變換成使用者所需的新坐標系。其次是，掃描儀對被掃物體表面的要求以及掃描角度的選取，該掃描儀對於雷射無法到達的表面，如掃描儀無法進入的深孔或內腔無法進行測量，被測物體的表面以白色亞光為最佳，對於透明體和反光很強的物體必須經過表面噴塗處理後，同樣可以進行掃描。我們要求光束儘量與被測物體表面垂直，在士 30度範圍內都是允許的。當大於30度後釆集到的數據雖可在後續軟體中得到適當裁減，但會影響掃描數據的精確程度，對控制掃描儀的計算機硬體配置要求:CPU:PIV以上，運算速度2.0GHz,顯卡內存:64MB，內存:512MB以上，硬碟:40GB以上，作業系統！WINDOWS 98/2000/NT/XP。
[0056]完成藏品實體掃描的過程後，需要對掃描實體得到的原始點雲數據進行處理。實現藏品外形的數據化，包括三項工作:去除較大誤差的點，進行數據的拼接，以及進行曲面擬合。這些步驟可以在逆向工程專用的軟體中完成的，常用的逆向工程軟體有ImageWaresurfacer, Geomagic, COPY CAD, Unigraphics NX，Pro Engineer，CATIA，ALIAS 軟體等。Geomagic Stud1是一款具有強大建模功能的專業逆向工程軟體，支持多重三維數據輸出格式，內含強大的點雲處理功能模塊，支持快速曲面造型方式建模，利用該模塊的數據處理相關工具，可以大大提高藏品數位化的效率。如果藏品本身體積較大，需要掃描多次，採集點雲數據。三維掃描時每一次對實體掃描均可以得到一組點雲數據，拼接點雲數據就是把每次掃描採集的點雲數據合併到一個場景中，從而實現重構藏品點雲模型。在geomagicStud1 12中，在點雲模塊下選擇要合併的點，點擊合併點對象，即一次點雲的拼接，拼接過程中，可能由於掃描不完整產生孔洞，較大的孔洞需要對模型重新採樣數據，再合併到點雲模型中進行孔洞填補。受掃描設備和環境因素的影響，掃描以後得到的點雲數據存在大量的無用點，這些無用點會干擾後繼工作的展開，所以在進行曲面重構之前首先要把這些雜點去除。雜店去除可以使用geomagic stud1 12下點模塊修改的選擇體外孤點和非連接項，設置合適參數後刪除。去除雜點後，開始點雲數據拼接。被掃描物體表面結構越不規貝1J，則得到點雲數據越不規則，越容易產生孔洞；藏品體積越大，得到的數據量越大，掃描的時間越長。異於工業產品一般具有較規則平滑的特點，文物本身表面存在許多細微不規則結構，點雲模型建立的過程中經常需要掃描和拼接交替進行，以填充掃描孔洞和完整化模型數據場。完成數據處理後，利用geomagic stud1 12點模塊下的封裝，將點雲數據轉化為三角面模型，完成點雲模型建立。可以利用逆向工程的軟體將點雲數據擬合為平滑曲面，至此完成藏品的模型數位化過程。
[0057]綜上所述，本發明提供的一種基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統及其使用方法的技術方案，能夠解決建模不能與藏品的形狀、色彩不一致的問題，實現將電腦中的三維數據與藏品的形狀、色彩達到高度的一致。
[0058]本發明以實施例的方式揭露如上，不以任何形式對本發明構成限制和限定，本發明的範圍以權利要求書為準，一切不超出本發明宗旨的顯而易見的修改、變換和替代方案均在本發明範圍內。
【權利要求】
1.一種基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統，其特徵在於包括: 掃描控制與圖像採集部分；控制掃描儀的掃描頭的掃描方式，控制發光器、圖像採集卡，實現同掃描方式相配合的圖像採集功能，將掃描獲得的圖像數據和其他數據做成PLY文件，完成定標功能； 三維重建部分；對採集獲得的PLY序列進行逐幀的圖像處理、提取白光條帶和中心線、並獲物體外表面展開圖；計算物體外表面各點的三維空間坐標，給出數據集；採用逆向工程，完成三維重建； 三維構型部分；對數據進行三角形化處理，形成DXF、STL等文件；進行三維顯示； 本系統的掃描控制與圖像採集部分、三維重建部分和三維構型部分通過數據線依次相連。
2.根據權利要求1所述的基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統，其特徵在於:所述的掃描控制與圖像採集部分包括RMS600白光掃描反求子系統、數字近景三維攝影測量子系統和RMS400三維面掃描抄數機。
3.根據權利要求1所述的基於逆向工程的博物館藏品三維數字建模的系統，其特徵在於:所述的三維重建部分包括CAD工作站。
【文檔編號】G06T17/00GK204229472SQ201420584180
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】陳露霖 申請人:江蘇恆天先進位造科技有限公司