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三维扫描仪的应用:彩色三维扫描仪——数字化时代的娇子

时间:2014-09-09 16:17:56来源:本站浏览次数:1702

输入设备是计算机应用系统的重要组成部分,将处理对象的信息数字化,变为计算机能直接处理的信号并输入计算机,是计算机应用系统的基础。平面扫描仪只能将平面图片信息数字化,摄像机只能拍摄物体某一侧面的信息,而三维扫描仪则克服了这些传统技术的局限性,能够对立体实物进行扫描,解决了将立体彩色世界的信息数字化并输入计算机这一瓶颈问题,实现“真实物体捕捉”(RealityCapture),作为一种全新的数字化输入设备,对许多计算机应用系统有着重要的意义。1.影视特技制作----最能发挥三维扫描技术作用的是影视特技制作。    随着计算机图形图像技术的飞速发展,计算机影视特技技术越来越广泛地应用于影视、广告业,给人们带来了全新的视觉感受,实现了过去无法想像的特技效果,已经成为高质量影视、广告制作中不可缺少的手段。    要在计算机上对一个对象进行三维动画特技处理,首先必须获得其三维彩色数字化模型。这只有两个渠道,一是在计算机中构造,二是设法获得实物的立体彩色模型。对于一些规则简单的,或者是完全想像虚构的物体,可以由电脑特技师利用三维构型软件构造。另一方面,在许多情况下,需要对特定的真实演员形象进行三维特技处理,制作一个真实、复杂物体的三维特技效果,对于这类真实的、复杂的物体,例如人的头部或艺术品是很难用构型软件制作出三维模型的。虽然现在的高级三维构型软件提供了自由曲线造型功能,但如要完全利用构型软件制作出一个汤姆·汉克斯的三维彩色模型,恐怕再熟练的电脑特技师都会感到头痛,正所谓“画鬼容易画人难”。如果客户要求在动画中加入一个真实的、精美绝伦的工艺品或文物的三维特技效果,即使特技师有耐心试图一点点地在构型软件中把它“做”出来,最后多半也是吃力不讨好。    而有了彩色三维扫描仪后,这些难题就会迎刃而解。它能迅速、方便地将演员、道具、模型等的表面空间和颜色数据扫描入计算机中,构成与真实物体完全一致的三维彩色模型,其数据格式能与通用的三维动画软件接口。有了这些数字化模型,就可以用三维动画软件对它们做进一步的特技处理,如旋转、压缩、拉伸、扭曲等各种变化,完成切割、剪裁、拼接、运动等各种特技处理,或融入特定的场景中,实现高难度的特技效果。而且三维彩色扫描还可以得到物体的表面色彩纹理贴图,这不仅有利于特技处理,还可以将一个物体的色彩纹理图贴在另一个物体上,比如将罗纳尔多的脸部纹理贴在一个足球上,以达到一些特殊效果。早在前些年看到的一些影片,如《蜘蛛侠系列》、《终结者系列》、《玩具总动员》、《泰坦尼克3D》、《变形金刚系列》等,其中那些令人震撼、叹为观止的三维特技效果,在制作中都借助了三维彩色扫描技术。在《侏罗纪公园》中,特技人员先雕刻好一个恐龙的模型,然后用三维扫描仪对其扫描,得到恐龙的三维彩色数字模型,再用三维动画软件使其做出各种动作,并完成与背景、人物的合成,最后才形成我们看到的几可乱真的画面。其他如《玩具总动员》中的玩偶形象、《JungleBook》中蛇的模型、《DragonHeart》中飞龙的模型、《TheDoors》中的valKilmer、《终结者Ⅱ》中的LindaHamilton和robertPatrick等,都使用了三维彩色扫描仪进行扫描。----现在美国用三维彩色扫描仪将演员、动物的立体彩色模型输入三维动画软件,形成数字化的“虚拟演员”,结合高级的三维动画技术和近年来兴起的表演动画技术,赋予“它”不同的表情和动作。给影视特技制作带来革命性的变化。2.虚拟现实系统----在仿真训练系统、灵境(虚拟现实)、虚拟演播室系统中,也需要大量的三维彩色模型,靠人工构造这些模型费时费力,且真实感差。同样,Internet上炒得正热的VRML技术如果没有足够的三维彩色模型,也只能是无米之炊,而三维彩色扫描技术可提供这些系统所需要的大量的、与现实世界完全一致的三维彩色模型数据。销售商可以利用三维彩色扫描仪和VRML技术,将商品的三维彩色模型放在网页上,使顾客通过网络对商品进行直观的、交互式的浏览,实现“HomeShopping”。3.游戏娱乐业----游戏娱乐业总为一些自视清高的技术人员所不屑,但它始终是计算机产业的金矿。现代计算机游戏已经进入了三维、互动、虚拟现实阶段,三维扫描仪正可以大显身手。它不仅可以为游戏、娱乐系统提供大量具有极强真实感的三维彩色模型,还可以将游戏者的形象扫描输入到系统中,达到极佳的“参与感”、“沉浸感”,让你感受到梦幻般的效果。4.文物----对于文物,三维彩色扫描技术能以不损伤物体的手段,获得文物的外形尺寸和表面色彩、纹理,得到三维彩色拷贝。所记录的信息完整全面,而不是像照片那样仅仅是几个侧面的图像,且这些信息便于长期保存、复制、再现、传输、查阅和交流,使研究者能够在不直接接触文物的情况下,甚至千里之外,对其进行直观的研究,这些都是传统的照相等手段所无法比拟的。有了这些信息,也给文物复制带来很大的便利。目前,法国已将这一技术用于文物工作,美国斯坦福大学利用三维扫描技术实施“数字化米开朗基罗”项目,计划将文艺复兴时期的这位意大利著名雕塑家的作品数字化。欧洲的四家公司、三所大学、两座博物馆联合实施Archatour项目,其主要目标是以三维数字技术改进考古、旅游领域中的多媒体系统,而三维扫描是其中的关键一环。英国自然历史博物馆利用三维扫描仪对文物进行扫描,将其立体色彩数字模型送到虚拟现实系统中,建立了虚拟博物馆,令参观者犹如进入了远古时代。5.雕塑----雕塑长久以来都是天才艺术家们的专利,而三维扫描仪与数控雕刻机、快速成型设备相结合,则可能给这些骄傲的天才以沉重的一击。可以想像,一个人摆好姿势,做出很酷的表情,用一台三维扫描仪进行几分钟的扫描,就能把他身体表面的每个点,包括脸部的每一条皱纹的坐标数据测量出来,将数据传送给数控雕刻机或快速成型机,很快就能制作出逼真的雕像。这样,在三维扫描仪和数控雕刻机、快速成型机的帮助下,一个不懂艺术的人只需敲几下键盘就可以抢走天才艺术家的饭碗。当然,正如同照相机没有让所有画家都饿去世一样,雕刻家仍然有用武之地。如果他们善于利用新技术,甚至可以比以前做得更好。雕刻家可以利用三维扫描仪获取对象的彩色立体模型,然后利用CAD、三维构型软件,充分发挥他们的艺术想像力和创造力,对原始模型进行随心所欲的加工、变形,并直接观看其效果,满意后再送给数控雕刻机,这样就能给艺术家的工作提供很大的方便。这一技术还可用于其他工艺品的设计和制作。6.三维传真----我们通常见到的传真机都是二维的,在发送端用平面扫描设备对平面图片进行扫描,通过通信设备将信息发至接收端,再通过打印设备将图像打印出来。可以设想,将发送端的设备换成三维扫描仪,对立体实物进行扫描,就可以实现三维传真,如果接收端配备了快速成型机,还可以直接得到实物模型。斯坦福大学等已对此进行了研究,这类系统可用于分布式制造系统、产品销售等方面。7.研究领域----随着技术的发展,图形图像科技工作者的研究领域已经从平面图像处理发展到三维图形图像处理,如何获得三维图像数据是他们首先要解决的问题。三维扫描仪可以为他们提供迅速获取三维彩色图像数据的手段,为三维彩色图形图像处理、三维物体识别、深度图像理解的研究提供方便。正如现在几乎每个搞图像处理的研究室都配备有平面扫描仪一样,到今天三维扫描仪已经成为图像处理研究机构的常用设备。


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