基于三角网格的浮雕曲面编辑和粘贴分析

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1、承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1引言浮雕，是将绘画和雕塑结合起来，生成的一种介于二维和三维之间的艺术表现形式。与绘画不同的是，为了适应特定环境的装

2、饰需要，浮雕需要具有一定的厚度，通过透视等因素来表现三维空间；与雕塑不同的是，为了适合特定视点的观赏需要，浮雕需要经过形体压缩处理，并只供一面或两面观看。浮雕可以独立的存在，也可以依附于某种载体；即可以具备某种平面形态，又可以是三维的立体形态。浮雕的应用源远流长，自人类社会存在以来，就大量出现在世界的各个角落，一般作宗教、叙事、装饰等用途。先从国内来讲，远有商周青铜器、秦砖汉瓦，近有唐宋青花瓷、明清九龙壁，无不大量应用了浮雕艺术；再从国外来说，无论是古埃及、古希腊的神庙和墓碑，还是印度、柬埔寨的庙宇和洞窟，也都存在大量的浮雕艺术。在现代工业社会中，浮雕也广泛的应用在人类生活的

3、各个方面，如家具、纪念币、宣传画等（如图1.1所示）。近年来，随着科技的进步和社会的发展，浮雕设计方法也取得了长足的进步，逐渐向个性化、多样化、小批量化发展，满足审美需求的浮雕产品也越来越多的出现在人们的生活中。例如，一些工艺品上的浮雕不仅能够美化产品的外观，而且还能提高产品的价值；建筑设计中的浮雕也是非常多的，建筑外墙上的精细的浮雕壁画和室内天花板上的精美的浮雕装饰都是很好的例子；另外在各种生活用具上也都可以看到浮雕的身影。(a)家具(b)纪念币(c)宣传画图1.1浮雕产品实物早期的浮雕生产是一种手工技艺，存在很多不足，例如劳动强度大、生产效率低、加工周期长等，不能满足人们

4、对浮雕产品日益增长的需求。随着计算机技术的成熟，数控技术已经大量运用在浮雕的生产过程中。目前市场上数控雕刻机、数控镂铣机等设备日渐增多，从很大程度上改善了传统浮雕行业生产力低下的状况。要对浮雕进行数控加工，首先需要得到数字化的浮雕模型。目前，很多学者都对浮雕数字化设计进行了深入的研究，取得了不错的成果。1基于三角网格的浮雕曲面编辑和粘贴研究1.2浮雕的数字化设计方法在现阶段，浮雕的设计方法主要有三种：首先是基于逆向工程的浮雕设计方法,是指工人师傅先使用粘土、木板等材质雕刻出浮雕样板，然后利用三维扫描设备进行测量得到浮雕数据。其次是基于二维图形图像的浮雕设计方法，是指先设计符合

5、要求的二维图形或图像，再对其图形或图像进行特定操作来生成立体浮雕。最后是基于三维模型的浮雕设计方法，是指以三维几何模型为输入，通过对模型进行给定方向上的深度压缩得到浮雕。基于逆向工程的浮雕设计方法是对模型的直接复制，工匠们先雕刻出浮雕的模板，再利用三维扫描测量设备进行测量，测量得到的点云数据直接可以用于加工，也可对其进行三角化、数据简化、模型缩放、曲面重构等处理后得到浮雕曲面。影响浮雕曲面质量的因素主要有两种：浮雕模板的质量和三维扫描测量的精度。浮雕模板的雕刻是一个十分费时的工作，模板的好坏主要依赖于工匠们的手艺，稍有疏忽就可能导致模板报废，使得浮雕设计成本增高。三维扫描测量

6、是逆向工程方法实现的重要一步，该技术的好坏直接影响对浮雕描述的精确度和完整度。随着三维扫描测量技术的不断发展，测量速度和精度都在不断提高，快速获得大量密集点云数据也越来越容易了，另外点云的处理技术也取得了很大进步，从点云到浮雕曲面也越来越容易，这些都为基于逆向工程的设计方法提供了技术支持。基于二维图形图像的浮雕设计方法是目前市场上运用最广泛的浮雕设计方法，大多数浮雕CAD软件都是采用这种方法来生成浮雕，如中国的JDPaint、英国的DelcamArtCAM、法国的TYPE3等。该方法主要有两种：几何浮雕设计和位图浮雕设计。几何浮雕设计是指由二维几何图形来构建三维浮雕曲面，目前

7、研究的重点如何由二维图形重构出三维实体模型，如文献[1][1][2][3]。Teddy等采用基于手势(gesture-based)的交互方法来进行三维建模，具体就是先手绘二维轮廓，再通过自由切割、涂抹删除、轮廓胀形、光滑和变形的手势设计生成三维模型，这[2]种方法过程简单、易于实现，但是只能支持结构简单和精度低的三维造型；谢浩等首先识别出二维手绘草图，再利用明暗恢复形状的方法得到曲面，最后通过对多个曲面进行编辑和组合操作生成三维模型，这种方法克服了Teddy中轮廓信息较少、造型比较单一等缺点，但是由于[