基于單視圖的汽車造型數(shù)字化建模研究.pdf

1、汽車車身的設(shè)計(jì)開發(fā)過程其實(shí)是一個(gè)二維到三維的轉(zhuǎn)化過程，即從設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)草圖或效果圖，經(jīng)過CAS(Computer Aided styling)設(shè)計(jì)師轉(zhuǎn)化為三維數(shù)字模型，在經(jīng)過一系列揣摩與討論研究到產(chǎn)品實(shí)物。但在二維到三維的轉(zhuǎn)化過程中，CAS工程師對設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖的理解會有偏差，導(dǎo)致要反復(fù)修改模型并且這一過程是非常專業(yè)和費(fèi)時(shí)的工作，使得整車開發(fā)周期延長，效率低。因此，如何實(shí)現(xiàn)由二維圖片快速重建三維數(shù)字化模型，并實(shí)現(xiàn)三維模型數(shù)據(jù)的有效重用

2、，提高設(shè)計(jì)效率，是一項(xiàng)具有重大意義的工作。
　　針對基于單視圖實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字模型的快速建模問題，本文采用目前研究熱點(diǎn)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(data-driven)的建模思路，首先定義一致表示（consistent representation）的車身特征線網(wǎng)模板(characteristic curve network)及其對應(yīng)的曲面生成，在此基礎(chǔ)上提出基于統(tǒng)計(jì)形變模型的單視圖三維重建方法，實(shí)現(xiàn)由車身單幅圖片（側(cè)視圖）高效重建三維數(shù)字化車身模

3、型，并提出三維曲面模型數(shù)據(jù)的約束變體，通過有效重用曲面模型實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新造型設(shè)計(jì)。本文的研究工作主要從下面的幾個(gè)方面展開:
　　(1)車身概念模型模板定義及模型庫構(gòu)建。通過分析汽車造型的曲線表示特性，定義合理且較為完整的車身前、后、項(xiàng)及側(cè)視圖二維特征線模板，并通過分析四個(gè)視圖特征線之間的對應(yīng)關(guān)系定義具有相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的三維特征線模板。特征線模板的每段曲線均采用三次貝塞爾曲線表示，實(shí)現(xiàn)一致參數(shù)化表示。通過手工方式生成50余款車身三維特征線數(shù)

4、據(jù)庫，為后續(xù)車身三維曲線重建以及形狀探索提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　(2)基于稀疏重建的三維車身曲面建模。通過分析現(xiàn)有的三維建模技術(shù)，提出基于約束統(tǒng)計(jì)形變模型的從單視圖重建三維車身特征曲線模板的方法，即根據(jù)三維曲線數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)基于二維稀疏特征線或點(diǎn)重建車身三維曲線。再利用Siemens NX二次開發(fā)平臺，基于模板配置全自動生成車身曲面?？紤]到由單視圖重建三維模型是一個(gè)病態(tài)問題，基于單視圖的三維建模的重點(diǎn)是深度信息的估計(jì)的準(zhǔn)確性，所以本文提出

5、給定稀疏先驗(yàn)深度信息的單視圖車身三維曲線網(wǎng)格模型的重建。數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，本文算法快速、魯棒、精度較高。
　　(3)三維車身曲面模型的約束變體。探討利用約束形變模型方法，實(shí)現(xiàn)車身三維模型的自由變體、保征變體、總布置約束變體（軸距等）以及基于車身上稀疏的特征點(diǎn)快速重建三維模型，基本實(shí)現(xiàn)三維車身曲面模型的柔性編輯的創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺。
　　(4)軟件模塊開發(fā)。最后，基于C++與OpenGL，開發(fā)車身三維曲線重建的軟件模塊及其約束變體模塊D