逆向工程中三維建模模型紋理貼圖方法探究

0 引言

逆向工程（又稱反求工程）是指以實物為依據(jù)，獲取其點云數(shù)據(jù)并構(gòu)造出三維模型，繼而將這些模型用于產(chǎn)品的分析與制造[1]。作為數(shù)字化建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)，逆向工程隨著數(shù)字化建設(shè)逐步融入我國的各個行業(yè)并獲得了重要的應(yīng)用價值。

1 逆向工程

1.1 技術(shù)路線

在逆向工程中，首先需要外業(yè)測量，其主要任務(wù)是測量掃描物體的點云數(shù)據(jù)并拍攝相應(yīng)的紋理照片。其次內(nèi)業(yè)處理，將外業(yè)測量得到的數(shù)據(jù)進行降噪、拼接、剪輯。最后，進行三維建模并完成模型貼圖，如圖1所示。

圖1 逆向工程流程圖

1.2 存在問題

三維建模后期需要對模型進行紋理貼圖，貼圖的方法較多，各個方法有不同的優(yōu)缺點和適用范圍，如何選擇一種適用模型特點并能逼真還原模型的貼圖方法是急需解決的問題。

2 紋理貼圖方法探究

本文以某油田數(shù)字化項目為例，選擇閥門、地面、電動機防護罩三種比較有特點的模型，探究三種貼圖方法在不同模型上面的貼圖效果、內(nèi)存占用量和操作難易程度。

2.1 UVW展開貼圖

UVW展開貼圖是一種貼圖方法，它能將三維模型展開成為帶有坐標信息的二維圖紙，在其各個位置附上貼圖，即可得到與三維模型一一對應(yīng)的三維模型貼圖。

2.1.1 閥門

以閥門模型為例，如圖2所示，使用UVW展開貼圖步驟如下：

1）選中閥門模型，選擇修改-UVW展開。

2）打開UV編輯器，調(diào)整貼圖的位置，以便于后期附上紋理圖片，如圖3所示。

3）設(shè)置UV模板的寬度和高度均為512（為了方便比較，所有貼圖方法的貼圖尺寸為512×512），在PS軟件中將其附上相應(yīng)的紋理貼圖，如圖4所示。

4）將圖4處理后的帶有坐標信息的紋理圖片附給模型，最終效果圖如圖5所示。

閥門UVW展開貼圖的紋理圖片尺寸為512×512，內(nèi)存占用量為74.4kB。

圖2 閥門模型

圖3 閥門UV展開圖

圖4 紋理貼圖

圖5 閥門UVW展開效果圖

2.1.2 地面

對地面模型UVW展開貼圖，處理完紋理之后附給地面模型，最終效果圖如圖6所示。地面的紋理圖片尺寸為512×512，內(nèi)存占用量為64.8kB。

圖6 地面UVW展開效果圖

2.1.3 電動機防護罩

由于電機防護罩模型貼圖需要部分透明，能隔著模型看到后邊的物體，所以無法用UVW展開方法進行貼圖，因此不對其貼圖研究。

2.2 多維材質(zhì)貼圖

多維材質(zhì)貼圖是常用的一種貼圖方法，對于一個模型，它可以用一個多維子材質(zhì)來表現(xiàn)多個材質(zhì)才能表現(xiàn)的效果。

2.2.1 地面

以地面模型為例，多維材質(zhì)貼圖步驟如下：

1）根據(jù)現(xiàn)場地面材質(zhì)分類，按照順序設(shè)置相應(yīng)區(qū)域的材質(zhì)ID編號，如圖7所示。

2）選擇材質(zhì)一致的區(qū)域，附上紋理圖片，調(diào)整紋理的位置，最后將地面模型轉(zhuǎn)換成可編輯多邊形。

3）重復步驟2）的操作，直至將所有材質(zhì)全部附給地面，最終多維材質(zhì)球和模型效果圖片如圖8所示。

此地面模型多維制材質(zhì)貼圖一共用到10幅紋理圖片，每一幅圖片尺寸為512×512，內(nèi)存占用量共598.5kB。

圖7 材質(zhì)ID編號

圖8 地面多維材質(zhì)球和最終效果

2.2.2 閥門

對閥門多維材質(zhì)貼圖，最終多維材質(zhì)球和模型效果如圖9所示。本次閥門多維材質(zhì)貼圖共用到三幅紋理圖片，每一幅圖片尺寸為512×512，內(nèi)存占用量共176.5kB。

圖9 閥門多維材質(zhì)貼圖效果

2.2.3 電動機防護罩

由于使用多維材質(zhì)貼圖無法實現(xiàn)透明效果，因此不對電動機防護罩模型多維材質(zhì)貼圖。

2.3 透明貼圖

透明貼圖是一種常用的紋理貼圖方法，它不僅可以還原模型真實紋理，還能達到透過模型看到后邊設(shè)備的效果。

2.3.1 電動機防護罩

以電動機防護罩為例，透明貼圖步驟如下：

1）處理紋理圖片，根據(jù)拍攝的圖片處理需要顯示的紋理，格式保存為jpg，如圖10所示。

2）處理透明圖片，根據(jù)“黑透白不透”的原則，將需要顯示的部分做成白色，將需要透過的地方做成黑色，格式保存為png，如圖11所示。

3）在材質(zhì)球里邊，先把紋理圖片設(shè)置在漫反射顏色的位圖里邊，再將透明圖片設(shè)置不透明度的位圖里邊，最后將材質(zhì)附給模型，最終材質(zhì)球和效果圖如圖12所示。

此次電動機防護罩透明貼圖共用兩幅圖片，尺寸均為512×512，內(nèi)存占用量為192.9kB。

圖10 紋理圖片

圖11 透明圖片

圖12 透明貼圖最終效果

2.3.2 其他

由于閥門模型和地面模型不要透明效果，因此不再對其透明貼圖。

3 結(jié)論

本文介紹了三種常用紋理貼圖方法，并通過各種方法在閥門、地面、電動機防護罩三種模型上面的對比應(yīng)用，主要得到以下結(jié)論。

1）UVW展開適合于模型表面復雜、貼圖坐標不規(guī)則、模型較小且需要顯示細膩的情況，例如閥門等各種設(shè)備、房屋。它不僅可以做出精致的紋理貼圖、逼真

【】【】細膩的三維效果，還具有較小的內(nèi)存占用空間。但是，在UV編輯的時候，需要對重點突出的多邊形放大、拼接、移動，對其他地方簡化處理，這一過程操作復雜、耗時較長。

2）多維材質(zhì)貼圖適合于模型較大且需要較多紋理圖片的情況，例如大場景地面模型、墻體模型，它具有較高的細膩的顯示效果。但是其操作步驟較多，紋理圖片較多，有較大的內(nèi)存占用量。

3）透明貼圖適合于需要透過模型可以看到后邊物體的情況，例如門、窗、電動機防護罩等。它的顯示效果比較好，很有科技感，但是其操作較復雜，需要耐心地處理透明圖片，內(nèi)存占用量一般。

參考文獻：

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