光切法测量中三维实体的重建

　　随着机械、汽车、航天等制造业及服装、制鞋、玩具等民用工业的发展,特别是CAD/CAM技术的发展。,对复杂表面物体的三维轮廓进行测量的要求越来越多。各种测量方法在相应的领域都有成功的应用,光切法是其中之一。它在光电非接触测量的方法中是一种新型的经济适用的方法。光切法在三维物体轮廓测量中有两个步骤:①获取物体表面的轮廓信息;②根据轮廓信息,重建三维物体。

　　在计算机上实现三维实体的重建,传统的做法是首先对顶点进行矩阵变换,然后根据光照模型进行运算,算出其灰度值后再光栅化即可显示在屏幕上,如果计算机存在图形加速卡,还要编写复杂的设备驱动程序,根据这个步骤,即使用最简单的光照模型——简单光照模型,也需要几百K的程序代码,这需要耗费相当的时间,我们采用3DAPI中的OpenGL成功地解决了这些问题。

　　1　光切法

　　光切法(Light-Sectioning Method),又称结构光图像法(Strutted Light Image),是近十年来发展起来的一种非接触摄像测量法,原理如图1所示。

　　光源发出的光经柱面镜形成平面光,照射到被测物体上,在被测物体的表面上产生一条极薄的明亮光带,被CCD(Charge Cou-pled Device)摄像机获取(对复杂表面可用多个激光源形成多个光平面,并采用多个摄像头,从而获得一个完整的物体截面的轮廓),移动被测物体或摄像机让光平面按一定间隔扫描物体表面,便可获得足够的被测物体截面的图像,然后由计算机进行图像图形处理,把这些截面的数据重建成三维实体,从而获取被测物体的三维信息。

　　2　三维实体的重建

　　由于传统的三维重建方法存在许多弊端,我们采用了三维显示程序接口的方法。

　　2.1　OpenGL

　　在三维图形显示方面,有3个应用程序接口(API): Direct3D, QuickDraw, Open-GL,其中Direct3D为Microsoft公司产品,主要解决Windows显示图形太慢的问题,利用Direct3D,可以在Windows下生成即时动画。QuickDraw是Macintosh公司产品,有Macintosh和WINDOWS两种版本。

　　OpenGL是SGI公司的产品,有DOS、U-NIX、Windows95、WindowsNT等多种版本,虽然各个API各有优缺点,但是OpenGL是应用最广泛的一种,并且得到了Microsoft、SGI、AT&T公司的UNIX软件实验室、IBM、DEC、SUN、HP等几家在计算机市场占主导地位的大公司的支持,已成为高性能图形和交互式视景的标准。以前,OpenGL只有在工作站上才能运行,随着Microsoft公司在Windows95和Windows NT中提供OpenGL图形标准,OpenGL必将在微机中得到广泛的应用。

　　OpenGL是独立于操作系统的、开放式的三维图形标准,包括100多个函数,利用这些函数,开发人员可以建立三维模型和进行三维实时交互,包括建模、交换、光线处理、色彩处理、动画以及更高级功能如纹理映射(Texture Mapping)、多级分辨率图像显示(Mipmaps )、物体运动模糊( MotionBlurred)处理、雾化(Fog)和融合(Blending)效果、反走样(Anti_ Aliasing)、深度效果(Depth Of Effect)等。此外,OpenGL还支持网络,具有网络透明性。能够自动利用图形加速卡的功能。