浅谈大型雕塑制作中逆向工程应用

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1、浅谈大型雕塑制作中逆向工程应用基于逆向工程的大型雕塑制作方案为了改变这一传统设计方法，满足大型雕塑创作中的某些特殊需求，本文将逆向技术理念引入到雕塑创作的过程中，利用三维虚拟设计、物理和虚拟空间匹配技术与传统雕塑技术相结合。此处以某大型雕塑为例，详细阐述利用逆向工程技术进行大型雕塑制作的步骤和方法。如图2所示（图略），本文采用工业数字近景摄影测量技术［3］和XJTUOM三维光学密集点云测量系统［4］相结合的方法获取样件表面点云数据;针对大型雕塑样件点云数据量大、表面特征复杂的特点，采用专用逆向工程软件Geomagic和计算机辅助软件AutoCAD进行

2、三维点云处理及面片整理工作，最后运用切片堆叠式机械加工和手工创作结合的手段快速、准确的完成雕塑制作成型。雕塑样稿的数据采集数据采集作逆向反求技术中的第一环节，是后续数据处理、特征提取及模型重建的基础［5］。目前采集的方式主要有三种：一是传统的接触式测量法；二是非接触测量法；三是逐层扫描测量法;如图3所示。其中接触式测量法精度高，但测量速度慢、采集数据密度低，不适用于测量形体复杂且体积较大的雕塑样品。针对大型雕塑不易搬动、数据采集量大，且表面细节多、特征复杂的特点，本文采用近景摄影测量技术与外差式多频相移三维光学面扫描技术相结合的方法，来快速、髙效、准

3、确的完成雕塑样稿的全尺寸数据采集。1.建立全局坐标点所谓全局点就是在被测物体表面黏贴的用来辅助定位的标志点。得到这些点的空间三维坐标是后续点云数据采集的基础。针对大型雕塑幅面大、局部特征复杂的特点，此处采用西安交通大学机械工程学院信息机电研究所研制的三维光学摄影测量系统XJTUDP（如图4所示）来完成全局点位置的测量，测量精度应该可达到0.lmm/nio该系统是基于数字图像处理技术和数字近景摄影测量技术，来实现物体表面结构特征点的精确三维重建的；即在物体的表面及其周围放置标志点（包括编码点和非编码点）和标尺，通过数字相机从不同的角度和位置对物体进行拍

4、摄，获得一定数量的照片；然后采用基于最小二乘拟合的亚像素提取技术进行图像处理，得到标志点的编号和其中心的图像坐标；再利用单向空间后方交会和三维重建相关算法实现图像匹配和标志点的三维重建;最后采用光束平差算法来优化结果，以得到更高精度的物体特征点三维坐标［6］。V=A×；Xl+B×；X2+C×；X3-L（1）全局点测量流程如图5所示，具体测量过程如下。（1）对被测物进行表面处理。考虑到物体表面材质、色彩及反光透光等都会对后期光学面扫描产生影响，因此，首先对泥塑雕像进行表面喷涂处理：注意适当距离均匀喷涂，尽量避免喷涂不均所带

5、来的厚度偏差。喷涂完毕后放在通风地方进行自然风干。（2）进行现场布局。根据测量需求，在雕塑样稿表面粘贴一系列编码和非编码标志点，并放置标准比例尺。受雕塑尺寸较大的影响，应在泥塑周围也均匀布置编码点，以用来完成局部测量图片的全局匹配。（3）利用系统所配高精度数码相机从各个角度、不同高度拍摄上百张样稿照片，将所获图片导入到XJTUDP系统中，以计算出标志点的三维空间坐标。并利用XJTUDP系统中321坐标变换模块将所获点集的三维坐标{Gi}统一调整到所需坐标系下。此处以雕塑周围的地面边缘作为作为xy平面，以鼻尖到底面的垂线作为Z轴，轴和xy平面的交点作为

6、整个雕塑的坐标圆点。（4）将测量结果导出并保存，以作为后期使用XJTUOM系统时的全局拼接基准。2•点云数据采集为了快速、准确的完成雕塑样稿表面数据采集，这里采用西安交通大学信息机电研究所研制的三维光学面扫描系统XJTUOM,该系统的测量精度可达0.05mm。如图6所示，XJTUOM系统依据外插式多频相移技术原理，结合计算机立体视觉，通过光栅投影装置投影数幅特定编码的结构光到待测物体表面，并由成一定夹角的两个摄像机同步采集光栅条纹图像，然后利用条纹莫尔特性的解相方法对图像进行解码和相位计算，其中投影光栅上某一点的物体上的偏移距离b由下面公式求得:b=

7、p2&pi；&Delta；&phi；(2)式中:&Delta；&phi；为相位差，由相位调制函数求得;p为条纹周期。由三角形测量法求出物体表面上该点的高度值z：z=blD+b=pl2&pi；D&Delta；&phi；(3)式中:D为相机和投影仪间的距离；1为相机和投影仪所在直线与该点之间的距离。再经立体匹配和三维重建计算出两相机公共视区内点的三维坐标，从而实现被测物体的三维信息数字化。鉴于被测雕塑幅面较大，同时又兼有造型复杂的细节，本文采用分区域扫描的方法，最后根据本区域内的全局坐标点，将所获点云自动拼接到统一的坐标系下。具体流程如下。(1)区域划分

8、。此处按雕塑表面细节的复杂程度分为头部、左手部、右手部、雕塑腰部以上、雕塑腰部以下5个部分。(2)采用XJT