立体图像是在同一场景下左右两只眼睛分别看到的图像。物体在这两幅图像中的相对位置差称为立体视差(disparity),我们的大脑能测量这种立体视差,经过大脑视神经的融合,从而产生深度感觉。立体图像处理包括静态立体图像压缩编码、基于立体视差的图像分割、立体图像的可靠性传输等。
3D 图形处理模型构建方法
手工建模:艺术家或设计师通过专业的 3D 建模软件(如 3ds
Max、Maya 等),利用各种工具(如挤出、放样、雕刻等)手工创建 3D
模型。这种方法适用于创建具有高度创意和细节要求的物体,如电影中的角色模型、游戏中的道具模型等。例如,在制作一部科幻电影时,设计师通过手工建模创建出充满想象力的外星生物模型。
扫描建模:利用 3D
扫描设备对真实物体进行扫描,获取物体表面的点云数据,然后通过算法将点云数据转换为 3D
模型。这种方法可以快速、准确地获取真实物体的几何形状,常用于文物保护、工业设计等领域。例如,在汽车制造中,对汽车原型进行 3D
扫描,以获取精确的模型用于后续的设计改进。
程序生成建模:通过编写程序代码,根据一定的数学规则或算法生成 3D 模型。这种方法可以高效地创建大规模的、具有规律性的场景或物体,如地形、建筑群体等。例如,在游戏开发中,使用程序生成算法创建庞大的虚拟城市或复杂的地形地貌。
3D 图形处理图形变换与操作
几何变换
平移变换:将 3D 物体在三维空间中沿着指定的方向移动一定的距离。其数学原理是在物体顶点的坐标上加上相应的平移量。例如,在一个 3D 游戏场景中,将角色模型从一个位置移动到另一个位置,就是通过平移变换实现的。
旋转变换:使物体绕某个坐标轴(如 x、y、z
轴)或者任意轴旋转一定的角度。旋转变换涉及到三角函数等数学知识,通过矩阵乘法来计算旋转后的顶点坐标。例如,在机械产品展示中,旋转零部件模型可以让用户从不同角度观察产品细节。缩放变换:改变物体在三维空间中的大小,通过对顶点坐标乘以相应的缩放因子来实现。缩放可以是均匀的(在三个坐标轴方向上缩放比例相同),也可以是非均匀的(在不同坐标轴方向上有不同的缩放比例)。例如,在建筑设计中,对建筑模型进行缩放可以展示不同比例下的建筑效果。
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空间划分与层次结构处理
空间划分算法:为了提高图形处理效率,特别是在处理复杂场景时,会采用空间划分技术。如八叉树(Octree)和包围盒(Bounding
Volume)等方法。八叉树将三维空间递归地划分为八个子空间,用于快速定位物体和进行碰撞检测等操作。包围盒则是用简单的几何形状(如长方体、球体等)包围物体,通过判断包围盒之间的关系来加速物体之间的交互计算。
层次结构处理:对于复杂的 3D 模型,如具有多个部件的机械装置或角色动画模型,采用层次结构来组织。例如,一个人物动画模型可以分为头部、身体、四肢等层次,每个层次可以独立地进行变换和动画处理,这样可以更方便地控制模型的整体行为和动作。
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3D图形处理的基本概念和技术
1
三维模型:用于表示物体的三维几何形状的数据结构,常见的表示方法包括多边形网格、曲面、体素等
2
渲染:将三维模型转化为二维图像的过程,包括光照计算、阴影生成、纹理映射、透明度处理等操作
3
光照和阴影:模拟光的效果和物体之间的遮挡效果,使三维模型看起来更加逼真
4
纹理映射:将图像或纹理应用到三维模型表面的技术,赋予模型表面细节和材质效果
5
相机投影和视点变换:将三维场景投影到二维屏幕上,通过改变相机的位置和方向来改变观察场景的视角,动画和变形:通过关键帧插值、骨骼动画、蒙皮等方式实现三维图像的连续变化和形变效果
3D图形处理的应用领域
电影和动画制作:用于创建逼真的特效和场景。
游戏开发:提升游戏的视觉效果和用户体验。
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虚拟现实:创建沉浸式的虚拟环境。
建筑设计:用于建筑设计和展示。
医学图像处理:在医学影像分析和手术模拟中应用广泛
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