3d建模的对象的纹理化的制作方法_3

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据下文提供的运样的系统的定 义运将显而易见。
[0055] 通过CAD系统,意味着至少适用于基于建模的对象的图形表示来设计建模的对象 的任何系统,诸如CATIA。在运种情况下,限定建模的对象的数据包括允许对建模的对象进 行表示的数据。CAD系统例如可W使用边或者线、在某些情况下利用面或者表面来提供对 CAD建模的对象的表示。线、边、或者表面可W W各种方式表示,例如,非均匀有理B样条 (NURBS)。具体地,CAD文件包含规范,根据该规范可W产生几何形状,其接着允许生成表示。 建模的对象的规范可W存储在单个或者多个CAD文件中。在CAD系统中表示建模的对象的文 件的典型尺寸在每个部分一兆字节的范围内。并且建模的对象典型地可W是数千个部分的 组装。
[0056] 在CAD的上下文中,建模的对象典型地可W是3D建模的对象,例如,表示实际对象, 诸如产品、诸如产品的一部分或者多个部分的组装、或者可能产品的组装。通过"3D建模的 对象",意味着允许至少对象的3D表示(在方法的情况下的3D表示)的通过数据建模的任何 对象。3D表示允许从所有角度观看该部分。例如,可W对3D表示进行操作,W及围绕其任何 轴、或者围绕显示该表示的屏幕上的任何轴来旋转3D表示。运特别排除了非3D建模的2D图 标。对3D表示的显示便于设计(即,增加了设计师统计上完成其任务的速度)。运加速了产业 中的制造过程,因为产品的设计是制造过程的一部分。
[0057] 利用例如CAD软件解决方案或者CAD系统完成在真实世界中要制造的产品的虚拟 设计之后,3D建模的对象可W表示其几何形状,诸如(例如,机械)部分或者多个部分的组 装、或者更一般地任何刚性体组装件(例如,移动机械装置KCAD软件解决方案允许在各种 且不受限的产业领域中的产品的设计,包括:航天、建筑、制造、消费品、高科技设备、工业设 备、交通运输、航海和/或近海或运输。因此通过该方法设计的3D建模的对象表示工业产品, 其可W是陆地车辆(包括例如车、和轻型卡车设备、赛车、摩托车、货车和马达设备、卡车和 己±、火车)的一部分;飞行器(包括例如机体装置、航天装置、推进装置、防务产品、航线装 置、空间装置)的部分;航海器(包括例如海军装置、商用轮船、近海装置、游艇和工作船、海 洋装置)的部分;机械部分(包括例如工业制造机械、重型移动机械或者装置、安装装置、工 业装置产品、制造金属产品、轮胎制造产品);机电或者电子部分(包括例如消费电子产品、 安全和/或控制和/或仪器产品、计算和通信装置、半导体、医疗设备和装置);消费品(包括 例如家具、家庭和花园产品、休闲货物、时尚产品、硬货零售商的产品、软货零售商的产品); 包装(包括例如食品、和饮料、和烟草、化妆品、和个人护理、家庭产品包装)。
[0058] 通过PLM系统,意味着适用于对表示物理制造的产品的建模的对象进行管理的任 何系统。在PLM系统中,建模的对象因此通过适于制造物理对象的数据来限定。运些可W典 型地是尺寸值和/或容差值。对于正确制造对象,具有运样的值确实更好。
[0059] CAM代表计算机辅助制造。通过CAM解决方案,意味着适用于对产品的制造数据进 行管理的任何解决方案、硬件的软件。制造数据通常包括与要制造的产品、制造过程和所要 求的资源相关的数据。CAM解决方案用于计划并优化产品的整个制造过程。例如,其能够为 CAM用户提供可W在制造过程的具体步骤中使用的如下信息:可行性、制造过程的持续时间 或者资源(诸如特定机器人)的数量;并因此,允许在管理或者所需的投资上的决策。CAM是 CAD过程和潜在的CAE过程之后的接下来的过程。运样的CAM解决方案由化ssault Systmes 提供,商标为DELMIA般。
[0060] CAE代表计算机辅助工程。通过CAE解决方案,意味着适于对建模的对象的物理行 为进行分析的任何解决方案、硬件的软件。公知的并广泛使用的CAE技术是有限元法(FEM), 其典型地设及将建模的对象分为其物理行为能够通过方程计算和模拟的要素。运样的CAE 解决方案由化ssault Syst如ies提供,商标为SIMULIA饭。另一个成长的CAE技术设及建 模和分析复杂系统,其由来自没有CAD几何形状数据的不同物理领域的多个部件组成。CAE 解决方案允许仿真,并因此优化、改善并验证要制造的产品。运样的CAE解决方案由 Dassault Systgmes提供,商标为 DYMOLA⑥。
[0061] PDM代表产品数据管理。通过PDM解决方案,意味着适用于管理与特定产品相关的 所有类型的数据的任何解决方案、硬件的软件。PDM解决方案可W由在产品的生命周期中设 及的所有参与者使用:主要是工程师但还包括项目经理、财务人员、销售人员和买家。PDM解 决方案通常基于面向产品的数据库。运允许参与者共享在其产品上一致的数据,并因此防 止参与者使用发散的数据。运样的PDM解决方案由Dassault Systgmes提供,商标为 ENOVI A?。
[006引图4示出了系统的GUI的示例,其中,该系统是CAD系统。
[0063] GUI 2100可W是典型的类CAD接口,具有标准菜单栏2110、2120, W及底工具栏和 侧工具栏2140、2150。运样的菜单栏和工具栏含有一组用户可选择的图标,每个图标与本领 域已知的一个或多个的操作或者功能相关联。运些图标中的一些与软件工具相关联,适用 于在GUI 2100上显示的3D建模的对象2000上编辑和/或工作。软件工具可W被分组为工作 台。每个工作台包括软件工具的子集。特别地,工作台中的一个是编辑工作台,适用于编辑 建模的产品2000的几何特征。在操作中,设计师例如可W预先选择对象2000的一部分,进 而,通过选择适当的图标来启动操作(例如,改变尺寸、颜色等)或者编辑几何约束。例如,典 型的CAD操作是对显示在屏幕上的3D建模的对象的冲孔或者折叠进行建模。
[0064] GUI可W例如显示与显示的产品2000相关的数据2500。在图2的示例中,显示为"特 征树"的数据2500及其3D表示2000设及包括制动错和制动盘的制动组装件。GUI可W进一步 示出各种类型的图形工具2130、2070、2080,例如用于便于对象的30取向、触发对编辑的产 品的操作的仿真或者擅染显示的产品2000的各种属性。光标2060可W由触觉设备控制,W 允许用户与图形工具交互。
[0065] 图5示出了该系统的示例,其中,该系统是客户端计算机系统,例如,用户的工作 站。
[0066] 该示例的客户端计算机包括:中央处理单元(CPU)IOlO,其连接至内部通信总线 (BUS) 1000;随机存取存储器(RAM) 1070,其也连接至总线。客户端计算机还设置有:图形处 理单元(GPU)IllO,其与连接至总线的视频随机存取存储器1100相关联。视频RAM 1100也是 本领域已知的帖缓冲。大容量存储设备控制器1020管理对大容量存储器设备(诸如硬盘驱 动器1030)的访问。适于实施计算机程序指令和数据的大容量存储器设备有形地包括所有 形式的非易失性存储器,W示例的方式包括半导体存储器设备,诸如EPR0M、EEPR0M和闪存 存储器设备;磁盘,诸如内部硬盘和可移动磁盘;磁光盘;和CD-ROM盘1040。任何上述部件可 W由特殊设计的ASIC(专用集成电路)补充,或者并入特殊设计的ASIC。网络适配器1050管 理对网络1060的访问。客户端计算机还可W包括触觉设备1090,诸如光标控制设备、键盘 等。光标控制设备被用于客户端计算机,允许用户选择性地将光标置于显示器1080上任何 期望的位置。此外,光标控制设备允许用户选择各种命令并输入控制信号。光标控制设备包 括多个信号产生设备W将控制信号输入至系统。典型地,光标控制设备可W是鼠标,该鼠标 的按钮被用于产生信号。可替代地或附加地,客户端计算机系统可W包括感应平板和/或感 应屏。
[0067] 计算机程序可W包括可由计算机执行的指令,该指令包括使上述系统执行该方法 的单元。程序可W记录在任何数据存储介质上,包括系统的存储器。程序可W例如在数字电 子电路、或者计算机硬件、固件、软件、或者其组合中实现。程序可W实现为装置,例如有形 地在机器可读存储设备中实施来由可编程处理器执行的产品。方法步骤可W由可编程处理 器执行,可编程处理器通过对输入数据进行操作并产生输出来执行指令的程序W执行方法 的功能。因此处理器可W是可编程的,并禪合到数据存储系统、至少一个输入设备、W及至 少一个输出设备W从它们接收数据和指令,并向它们传输数据和指令。应用程序可W在高 级过程语言或者面向对象编程语言中实现,或者如果需要的话在汇编或者机器语言中实 现。在任何情况下,语言可W是编译或解释的语言。程序可W是完全安装程序或者更新程 序。在系统上应用程序会引起在用于执行方法的指令中的任何情况。
[0068] "设计3D建模的对象"指代至少是对3D建模的对象进行精屯、制作的过程的一部分 的任何动作或者一系列动作。因此,该方法可W包括从头创建3D建模的对象。可替代地,该 方法可W包括提供之前创建的3D建模的对象,进而修改3D建模的对象。
[0069] 该方法可W包括在制造过程中,其可W包括在执行该方法后生成与建模的对象相 对应的物理产品。在任何情况下,由该方法设计的建模的对象可W表示制造对象。因此建模 的对象可W是建模的固体(即,表示固体的建模的对象)。制造对象可W是产品,诸如部分、 或者多个部分的组装。因为该方法改善了对建模的对象的设计,因此该方法还改善了产品 的制造,并因此,提高了制造过程的生产率。
[0070] 该方法允许即使在不精确的3D网格作为输入的情况下,也能得到高质量的纹理化 的3D网格,而没有伪影(adifactK相对地)。该方法考虑到了即使具有完美的相机的校准 和位姿估计,一般投影纹理映射算法也不能将不精确的3D模型完美地纹理化。此外,仅使用 单个的纹理,非常难W直接对不精确的3D模型本身进行优化。由该方法使用的算法对纹理 坐标进行优化,W便于校正纹理映射的可见伪影。因此,该方法的算法处理不精确的3D模型 W及输入纹理中的失真。该优化基于离散能量形式,运与连续的相比更有效且更快速。运还 避免了连续优化因为参数的非常高维的空间(在之后详细的示例的上下文中,典型地高于 10000)而落入大量不好的本地最小值。
[0071] 在示例中,3D模型的每个可见的顶点被分配有纹理上的纹理坐标,其容易地由投 影纹理映射(运是仅仅是根据在10中提供的映射的3D模型到图像上的投影)计算。纹理坐标 是2D向量,其经常能够称作UV坐标。然后,(每个可见的顶点的)每个UV坐标能够利用离散优 化来调节,W便图像更好地拟合投影的3D模型。在示例中,方法将(例如,=角形)3D网格视 为3D图,其中,每个顶点是节点,并且将两个顶点连接的每个边缘是图中的边缘。离散能量 优化被写为基于该3D图的马尔科夫随机场推论。每个节点能够采取表示UV坐标的位移(即, 像素移位)的若干标签。在离散能量形式中,每个节点具有其自身的数据项,表示该节点采 取特定标签的条件概率,已知(在示例中)其曲率和输入纹理图像的边缘(高梯度轮廓)。此 夕h马尔科夫随机场还包括能够被称作"平滑项"的内容,其表示节点采取特定标签的概率, 已知其在图中的相邻的标签。该项强制使得邻近的节点具有接近的标签。因此,该离散能量 形式还能够被视为概率框架内的MAP(最大后验)推论问题,并且该方法旨在找到最可能的 标签方案(labeling)。简言
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