基于多感知因素的产品三维重构关键技术研究摘要：从一幅简单的图形出发，利用图像中隐藏的透视信息进行三维重构，计算产品特征点的坐标及其相对位置。进行了透视元素、基本体素到组合体素的反求研究，并且给出了其相应的原理和算法。对于几何残缺信息的视觉补偿与推理等关键算法进行了研究，并利用非几何信息的处理与特征建模，搭建基于产品多感知因素的三维重构系统框架，实现了设计重用辅助产品创新设计。关键词：三维重构；多感知因素；透视：TP391文献标志码：A：1001―3695(2007)03―0275―02当今照相技术飞速发展,据统计,约有80%的产品样本图形是直接采用产品相片或参照相片绘制而成的。有效地利用相片影像,从中获取有效资料,是新产品开发的重要途径之一。而三维重构则是通常的几何做图或摄影成像过程的逆过程，主要任务是从二维图像中抽取三维信息，通过对这些信息进行分类、综合等一系列处理，在三维空间中重新构造图像的相应形体。??与当前比较流行的反求方法激光扫描法、坐标测量法相比,利用物体的二维图像来获取其表面三维数据无疑是一种快捷的方法。国内外在此方面作了很多研究，但是由于透视图的信息不如三视图的信息全面，其研究主要有以下两种方式：①利用同一物体的两幅不同角度下的透视图像来进行三维重建；②利用一幅透视图像重建。关于一幅图像重建因其几何条件不充分，有研究将重建对象限定为对称形体，利用形体本身的几何对称性来弥补图像重建时几何条件的不足。我们利用一幅图像进行三维重构，主要是利用它所隐含的透视信息、三维几何信息、明暗阴影信息、色彩信息、人机信息等多感知因素来综合重构产品。分析这类图像，不但遵循透视成像的原理，还蕴涵着大量信息，如色彩材质等非几何信息。从人的角度去审视，可以利用图中包含的大量形态、色彩、材质、装饰和人机工程等重要的产品信息，隐含着与几何信息相关的光影透视信息，如视高、视距、视角、焦距等而进行视觉补全，以及研究分析人员对于产品的心理多感知因素，建立体系而构建三维CAD模型。本文对产品进行重构的具体技术路线，即是从透视元素、基本体素、组合体素再到产品，从简单到复杂的一个逐步渐进的过程。1基本体素的透视反求??本文对透视元素点、线、面的透视反求，只是从图形学的角度对其反求有了一个基本了解，尚且做不到在空间中反求一个点、一根直线、一个平面，进而确定位置和坐标。要做到这一点还需要结合二维原图中的一些其他特征信息来综合考虑。??在透视中，根据透视成像时投影面相对于被摄体的倾斜情况，透视图像可分为一点透视、两点透视和三点透视。用直角坐标系的X、Y、Z轴表示被摄物的三个主向（分别为长、宽、高）。有两个主向与画面平行时，则有一个灭点，这样的透视图称为一点透视或平行透视；仅有一个主向与画面平行时，则有两个灭点，这样的透视称为两点透视或成角透视；三个主向均不与画面平行时，有三个灭点，这样的透视称为三点透视或斜透视。??因一点透视在日常生活中比较普遍且简单，下面作BOX一点透视的透视反求。已知：点A、B、C、D、A1、B1、C1、D1的二维坐标。反求：BOX中各个点的三维坐标。??做法：如图1所示延长AB、A1B1、CD交于一个灭点，AA1、BB1、CC1、DD1分别朝上延长线交OX于D、E、A、F。灭点朝上画垂线。在一点透视的平面图中，仅由二维图片中的信息无法确定视距，所以在此必须给定视距。确定S点，连接SE，交DD1于C，连接SF，交AA1于B，即得到该BOX的长宽。高可以由AA1平移过去。在本文中，其他基本体素的透视反求都是基于BOX的透视反求。因为BOX的透视反求相对比较容易，而且其他体素都可以用BOX（外切BOX）包容。对于基本体素圆球、椭圆、圆锥的反求，首先综合运用透视学和立体几何学的规律，用一个二维的BOX来包容这些基本体素，然后对该BOX进行透视反求，进而再求得这些基本体素的三维坐标。图2为用BOX对圆柱、圆锥的包容。2组合体素的透视反求在组合体素的反求中，先对产品进行分解，拆分成若干个基本体素，然后用BOX来逐个包容，反求出各个基本体素的比例关系后，再进行产品的重组；利用二维原图中所得到的位置和特征关系，计算出它们之间的相对位置...